DE102021132516A1 - METHODS, DEVICES AND SYSTEMS FOR INDUCTIVE SCANNING - Google Patents

METHODS, DEVICES AND SYSTEMS FOR INDUCTIVE SCANNING Download PDF

Info

Publication number
DE102021132516A1
DE102021132516A1 DE102021132516.1A DE102021132516A DE102021132516A1 DE 102021132516 A1 DE102021132516 A1 DE 102021132516A1 DE 102021132516 A DE102021132516 A DE 102021132516A DE 102021132516 A1 DE102021132516 A1 DE 102021132516A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
modulator
phase
switch
node
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102021132516.1A
Other languages
German (de)
Inventor
Andriy Maharyta
Mykhaylo Krekhovetskyy
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cypress Semiconductor Corp
Original Assignee
Cypress Semiconductor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cypress Semiconductor Corp filed Critical Cypress Semiconductor Corp
Publication of DE102021132516A1 publication Critical patent/DE102021132516A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2611Measuring inductance
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945Proximity switches
    • H03K17/95Proximity switches using a magnetic detector
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/30Delta-sigma modulation
    • H03M3/458Analogue/digital converters using delta-sigma modulation as an intermediate step
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G01D5/22Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature differentially influencing two coils
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945Proximity switches
    • H03K17/95Proximity switches using a magnetic detector
    • H03K17/952Proximity switches using a magnetic detector using inductive coils
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/34Analogue value compared with reference values
    • H03M1/38Analogue value compared with reference values sequentially only, e.g. successive approximation type
    • H03M1/46Analogue value compared with reference values sequentially only, e.g. successive approximation type with digital/analogue converter for supplying reference values to converter
    • H03M1/466Analogue value compared with reference values sequentially only, e.g. successive approximation type with digital/analogue converter for supplying reference values to converter using switched capacitors
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/94Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/945Proximity switches
    • H03K2217/95Proximity switches using a magnetic detector

Abstract

Ein Verfahren kann Folgendes umfassen: in einer ersten Phase eines Abtastbetriebs, Steuern mindestens eines ersten Schalters, um eine Sensorinduktivität zu erregen; in einer zweiten Phase des Abtastbetriebs, die auf die erste Phase folgt, Steuern mindestens eines zweiten Schalters, um die Sensorinduktivität an eine erste Modulatorkapazität zu koppeln, um einen ersten Rücklaufstrom aus der Sensorinduktivität zu induzieren, wobei der erste Rücklaufstrom eine erste Modulatorspannung an der ersten Modulatorkapazität erzeugt; und als Reaktion auf die erste Modulatorspannung, Steuern mindestens eines dritten Schalters, um einen Ausgleichsstrom zu erzeugen, der in entgegengesetzter Richtung zu dem Rücklaufstrom an dem ersten Modulatorknoten fließt. Die erste und zweite Phase können wiederholt werden, um eine erste Modulatorspannung an der ersten Modulatorkapazität zu erzeugen. Die Modulatorspannung kann in einen digitalen Wert umgewandelt werden, der die Sensorinduktivität darstellt. Zugehörige Vorrichtungen und Systeme werden ebenfalls offenbart.A method may include: in a first phase of a sensing operation, controlling at least a first switch to energize a sensor inductance; in a second phase of the sensing operation subsequent to the first phase, controlling at least a second switch to couple the sensor inductance to a first modulator capacitance to induce a first flyback current from the sensor inductance, the first flyback current producing a first modulator voltage across the first modulator capacitance generated; and in response to the first modulator voltage, controlling at least a third switch to generate a transient current that flows in the opposite direction to the flyback current at the first modulator node. The first and second phases can be repeated to generate a first modulator voltage across the first modulator capacitance. The modulator voltage can be converted to a digital value that represents the sensor inductance. Associated devices and systems are also disclosed.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Näherungsabtastsysteme und insbesondere induktive Abtastsysteme und -verfahren.The present disclosure relates generally to proximity sensing systems, and more particularly to inductive sensing systems and methods.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Induktive Sensoren werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Da induktive Sensoren auf elektromagnetischer Induktion beruhen, können sie zur Verwendung in anspruchsvolleren Umgebungen, einschließlich industrieller Anwendungen, bevorzugt werden.Inductive sensors are used in a variety of applications. Because inductive sensors rely on electromagnetic induction, they may be preferred for use in more demanding environments, including industrial applications.

25 ist ein schematisches Diagramm eines herkömmlichen induktiven Abtastsystems 2551. Das System 2551 kann eine ausgeglichene Maxwell-Wien-Brücke umfassen, die feste Widerstände R1 und R3, eine Referenzkapazität C2 parallel zum Referenzwiderstand R2 und eine Sensorinduktivität LX in Reihe mit einem Abtastwiderstand Rlx aufweist. Die Knoten A und B der Maxwell-Wien-Brücke können an die Eingänge eines Differenzialverstärkers angeschlossen werden. Die Referenzkapazität C2 und der Referenzwiderstand R2 sind in der Regel Sätze von Widerständen und Kondensatoren, die mit digitalen Codes auf bestimmte Werte programmiert werden können. Die Maxwell-Wien-Brücke kann mit einem Wechselspannungsgenerator (Gen) betrieben werden, in der Regel mit einer Sinuswelle. Ein Ausgang eines Differenzialverstärkers kann an einen Nullspannungsdetektor und Phasendetektor angelegt werden, woraus ein Zählwert erzeugt werden kann. 25 12 is a schematic diagram of a conventional inductive sensing system 2551. The system 2551 may include a balanced Maxwell-Wien bridge having fixed resistors R1 and R3, a reference capacitance C2 in parallel with reference resistor R2, and a sensor inductor LX in series with a sense resistor Rlx. The A and B nodes of the Maxwell-Wien bridge can be connected to the inputs of a differential amplifier. The reference capacitance C2 and reference resistance R2 are typically sets of resistors and capacitors that can be programmed to specific values using digital codes. The Maxwell-Wien bridge can be powered by an AC generator (Gen), typically a sine wave. An output of a differential amplifier can be applied to a zero voltage detector and phase detector from which a count can be generated.

Ein Abtastprozess kann darauf beruhen, dass versucht wird, die Maxwell-Wien-Brücke in einem ausgeglichenen Zustand zu halten. In einem ausgeglichenen Zustand ist eine Spannung zwischen den Knoten A und B gleich null, und die folgenden Formeln gelten: L x = R 1 R 3 C 2

Figure DE102021132516A1_0001
R l x = R 3 R 2 R 1
Figure DE102021132516A1_0002
L x R l x = R 2 C 2
Figure DE102021132516A1_0003
A sampling process can be based on trying to keep the Maxwell-Wien bridge in a balanced state. In a balanced condition, a voltage between nodes A and B is zero, and the following formulas hold: L x = R 1 R 3 C 2
Figure DE102021132516A1_0001
R l x = R 3 R 2 R 1
Figure DE102021132516A1_0002
L x R l x = R 2 C 2
Figure DE102021132516A1_0003

Das Abtasten mit einer Maxwell-Wien-Brücke hängt von der Kenntnis der Widerstands- und Kapazitätswerte ab. Ferner hängen Messgenauigkeit und Stabilität von der Qualität der Kapazitäts- und Widerstandssätze ab.Sensing with a Maxwell-Wien bridge depends on knowing the resistance and capacitance values. Furthermore, measurement accuracy and stability depend on the quality of the capacitance and resistance sets.

Die Maxwell-Wien-Brückenabtastung wird üblicherweise in herkömmlichen induktiven Abtastvorrichtungen verwendet.Maxwell-Wien bridge sensing is commonly used in conventional inductive sensing devices.

26 ist ein schematisches Diagramm eines weiteren induktiven Abtastsystems 2651. Das System 2651 kann einen Oszillator mit einer abgetasteten Induktivität erstellen und eine resultierende Frequenz Fout verwenden, um einen Wert für die Induktivität abzuleiten. Der Oszillator ist mit der Sensorinduktivität L1, den Kapazitäten C1 und C2 und einem Strombegrenzungswiderstand R1 ausgebildet. Solche Komponenten werden „chipextern“ ausgebildet, wobei Treiber, Zähler, Timer und Taktgenerator Teil einer integrierten Schaltung (Integrated Circuit, IC) sind. Eine Sensorinduktivität kann einen Spulenwiderstand RI und eine parasitäre Kapazität Ci umfassen. Ein Zähler kann über einen Zeitraum Nsample eine Anzahl von Fout-Signaltaktimpulsen zählen. Die Induktivitäts-zu-Code-Übertragungsfunktion für ein ideales System 2651 kann wie folgt angegeben werden: R o h z a ¨ h l u n g e n = 1 2 π 2 C N s a m p l e F c l k 1 L 1

Figure DE102021132516A1_0004
26 12 is a schematic diagram of another inductive sensing system 2651. The system 2651 can create an oscillator with a sensed inductance and use a resulting frequency Fout to derive a value for the inductance. The oscillator is formed with the sensor inductance L1, the capacitances C1 and C2 and a current-limiting resistor R1. Such components are formed “off-chip”, with the driver, counter, timer and clock generator being part of an integrated circuit (IC). Sensor inductance may include coil resistance RI and parasitic capacitance Ci. A counter can count a number of Fout signal clock pulses over a period Nsample. The inductance-to-code transfer function for an ideal 2651 system can be given as: R O H e.g a ¨ H l and n G e n = 1 2 π 2 C N s a m p l e f c l k 1 L 1
Figure DE102021132516A1_0004

Wie gezeigt, ist ein Ausgangscode Rohzählungen umgekehrt proportional zu einer Quadratwurzel aus der Induktivität L1, den Kapazitäten C1, C2 und der Frequenz Fclk.As shown, an output code raw counts is inversely proportional to a square root of inductance L1, capacitances C1, C2 and frequency Fclk.

Ein Nachteil des Systems 2651 kann die eingeschränkte Abtastauflösung sein, da die Abtastung von Fclk abhängt. Darüber hinaus wird Fout durch die Eigenresonanzfrequenz des Leiterplatten(PCB)-Induktors und die FIMO-Werte eingeschränkt. Die Umwandlungsempfindlichkeit ist aufgrund der Quadratwurzelabhängigkeit der Übertragungsfunktion geringer als die Sensorempfindlichkeit. Wie unten gezeigt, sind Änderungen der Fout-Frequenz proportional geringer als Änderungen der Sensorinduktivität: δ ƒ o s c = 1 1 1 Δ L s L s i f Δ L s L s = 0.1 ( 10 % ) δ ƒ o s c = 5.4 %

Figure DE102021132516A1_0005
A disadvantage of the 2651 system can be the limited sampling resolution since the sampling depends on Fclk. In addition, Fout is constrained by the printed circuit board (PCB) inductor's natural resonant frequency and FIMO values. The conversion sensitivity is lower than the sensor sensitivity due to the square root dependence of the transfer function. As shown below, changes in fout frequency are proportionally less than changes in sensor inductance: δ ƒ O s c = 1 1 1 Δ L s L s i f Δ L s L s = 0.1 ( 10 % ) δ ƒ O s c = 5.4 %
Figure DE102021132516A1_0005

In einem System 2651 kann die anfängliche Fout-Toleranz aufgrund der Toleranzen von L1, C1 und C2 hoch sein. Zum Beispiel beträgt die PCB-Induktortoleranz typischerweise nicht mehr als +-15 % und eine typische Kondensatortoleranz beträgt +-10 %. Darüber hinaus hängt Fout von der Sensorkapazität ab, insbesondere bei hoher Auflösung. Darüber hinaus kann die Impedanz des Treibers Auswirkungen auf die Fout-Frequenz haben. Die Notwendigkeit, sich mit diesen verschiedenen Merkmalen zu befassen, kann die Implementierung von Multi-Sensor-Abtastung erschweren. Aufgrund der verschiedenen Tank-Oszillator-Komponenten, die pro Sensor benötigt werden, können Multi-Sensor-Abtastsysteme eine hohe Anzahl von Komponenten aufweisen. Infolgedessen kann ein Ansatz wie der des Systems 2651 unflexibel und für manche Anwendungen nicht zufriedenstellend sein.In a 2651 system, the initial Fout tolerance can be high due to the tolerances of L1, C1, and C2. For example, PCB inductor tolerance is typically no more than +-15% and typical capacitor tolerance is +-10%. In addition, Fout depends on the sensor capacitance, especially at high resolution. In addition, the impedance of the driver can affect the fout frequency. The need to address these different characteristics can complicate the implementation of multi-sensor sensing. Because of the various tank oscillator components required per sensor, multi-sensor sampling systems can have a high component count. As a result, an approach such as that of the 2651 system can be inflexible and unsatisfactory for some applications.

Es wäre wünschenswert, eine Möglichkeit zu finden, die das Abtasten von Induktivität mit einer integrierten Schaltungsvorrichtung, die nicht unter den Nachteilen anderer Ansätze wie den oben genannten leidet, implementiert.It would be desirable to find a way that implements inductance sensing with an integrated circuit device that does not suffer from the disadvantages of other approaches such as those mentioned above.

Figurenlistecharacter list

  • 1A ist ein Blockdiagramm einer induktiven Abtastvorrichtung gemäß einer Ausführungsform. 1A 12 is a block diagram of an inductive scanning device according to an embodiment.
  • 1B ist ein schematisches Diagramm einer Vorrichtung zur einendigen induktiven Abtastung gemäß einer Ausführungsform. 1B 12 is a schematic diagram of a single-ended inductive sensing apparatus according to an embodiment.
  • 2 ist ein schematisches Diagramm eines Strompfades eines induktiven Sensors, der in Ausführungsformen umfasst sein kann. 2 1 is a schematic diagram of a current path of an inductive sensor that may be included in embodiments.
  • 3 ist ein schematisches Diagramm einer Dreipunkt-Sensorverbindung gemäß einer Ausführungsform. 3 12 is a schematic diagram of a three-point sensor connection according to an embodiment.
  • 4A bis 4D stellen eine Folge von Diagrammen dar, die unterschiedliche Phasen eines Induktivitätsabtastbetriebs gemäß einer Ausführungsform zeigen. 4A until 4D 12 illustrates a series of diagrams showing different phases of an inductance sensing operation according to one embodiment.
  • 5 ist ein Zeitdiagramm, das einen einendigen Induktivitätsabtastbetrieb gemäß einer Ausführungsform zeigt. 5 12 is a timing diagram showing a single-ended inductance sensing operation according to an embodiment.
  • 6 ist ein schematisches Diagramm einer einendigen induktiven Abtastvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform. 6 12 is a schematic diagram of a single-ended inductive pickup device according to another embodiment.
  • 7A bis 7D stellen eine Folge von Diagrammen dar, die unterschiedliche Phasen eines Induktivitätsabtastbetriebs gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigen. 7A until 7D 12 illustrates a series of diagrams showing different phases of an inductance sensing operation according to another embodiment.
  • 8 ist ein schematisches Diagramm einer einendigen induktiven Abtastvorrichtung, die einen Kompensationsstrom gemäß einer Ausführungsform nutzt. 8th 12 is a schematic diagram of a single-ended inductive pickup device utilizing a compensation current according to an embodiment.
  • 9 ist ein schematisches Diagramm einer einendigen induktiven Abtastvorrichtung, die einen Kompensationsstrom gemäß einer weiteren Ausführungsform nutzt. 9 12 is a schematic diagram of a single-ended inductive pickup device utilizing a compensation current according to another embodiment.
  • 10A ist ein schematisches Diagramm einer pseudodifferentiellen induktiven Abtastvorrichtung gemäß einer Ausführungsform. 10A 12 is a schematic diagram of a pseudo-differential inductive scanning device according to an embodiment.
  • 10B ist ein schematisches Diagramm einer pseudodifferentiellen induktiven Abtastvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform. 10B 12 is a schematic diagram of a pseudo-differential inductive scanning device according to another embodiment.
  • 11A bis 11H stellen eine Folge von Diagrammen dar, die unterschiedliche Phasen eines Induktivitätsabtastbetriebs gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigen. 11A until 11H 12 illustrates a series of diagrams showing different phases of an inductance sensing operation according to another embodiment.
  • 12 ist ein Zeitdiagramm, das einen pseudodifferentiellen Induktivitätsabtastbetrieb gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigt. 12 12 is a timing diagram showing a pseudo-differential inductance sensing operation according to another embodiment.
  • 13 ist ein schematisches Diagramm einer pseudodifferentiellen induktiven Abtastvorrichtung gemäß einer Ausführungsform. 13 12 is a schematic diagram of a pseudo-differential inductive scanning device according to an embodiment.
  • 14A bis 14D stellen eine Folge von Diagrammen dar, die unterschiedliche Phasen eines pseudodifferentiellen Induktivitätsabtastbetriebs gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigen. 14A until 14D 12 illustrates a series of diagrams showing different phases of a pseudo-differential inductance sensing operation according to another embodiment.
  • 15 ist ein Zeitdiagramm, das einen pseudodifferentiellen Induktivitätsabtastbetrieb gemäß einer Ausführungsform zeigt. 15 12 is a timing diagram showing a pseudo-differential inductance sensing operation according to an embodiment.
  • 16A ist ein schematisches Diagramm einer pseudodifferentiellen induktiven Abtastvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform. 16A 12 is a schematic diagram of a pseudo-differential inductive scanning device according to another embodiment.
  • 16B ist ein schematisches Diagramm einer pseudodifferentiellen induktiven Abtastvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform. 16B 12 is a schematic diagram of a pseudo-differential inductive scanning device according to another embodiment.
  • 17A bis 17H stellen eine Folge von Diagrammen dar, die unterschiedliche Phasen eines pseudodifferentiellen Induktivitätsabtastbetriebs gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigen. 17A until 17H 12 illustrates a series of diagrams showing different phases of a pseudo-differential inductance sensing operation according to another embodiment.
  • 18 ist ein schematisches Diagramm einer pseudodifferentiellen induktiven Abtastvorrichtung, die einen Kompensationsstrom gemäß einer Ausführungsform verwendet. 18 12 is a schematic diagram of a pseudo-differential inductive scanning device using a compensation current according to an embodiment.
  • 19 ist ein Blockdiagramm eines Systems gemäß einer Ausführungsform. 19 12 is a block diagram of a system according to one embodiment.
  • 20 ist ein Blockdiagramm eines Systems gemäß einer weiteren Ausführungsform. 20 12 is a block diagram of a system according to another embodiment.
  • 21 ist ein Ablaufdiagramm eines Induktivitätsabtastverfahrens gemäß einer Ausführungsform. 21 12 is a flow chart of an inductance sensing method according to an embodiment.
  • 22 ist ein Ablaufdiagramm eines Induktivitätsabtastverfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform. 22 12 is a flow chart of an inductance sensing method according to another embodiment.
  • 23 ist ein Ablaufdiagramm eines Induktivitätsabtastverfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform. 23 12 is a flow chart of an inductance sensing method according to another embodiment.
  • 24 ist ein Ablaufdiagramm eines Induktivitätsabtastverfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform. 24 12 is a flow chart of an inductance sensing method according to another embodiment.
  • 25 ist ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Induktivitätssensors. 25 12 is a block diagram of a conventional inductance sensor.
  • 26 ist ein Blockdiagramm eines weiteren herkömmlichen Induktivitätssensors. 26 12 is a block diagram of another conventional inductance sensor.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Die Ausführungsformen können induktive Abtastverfahren, -vorrichtungen und -systeme umfassen, die auf dem Induzieren eines Rücklaufstroms (engl. fly-back current) aus der abgetasteten Induktivität basieren. Die Erzeugung eines Rücklaufstroms involviert im Allgemeinen zwei Phasen. In einer ersten Phase wird die Induktivität an eine Spannungsquelle gekoppelt, um Energie zu akkumulieren. In einer zweiten Phase wird die Induktivität von der Spannungsquelle abgekoppelt und an eine Last gekoppelt. Die in der ersten Phase akkumulierte Energie erzeugt eine elektromotorische Kraft (EMK), die einen Rücklaufstrom an der Last erzeugt. Die akkumulierte Energie ist direkt proportional zur Induktivität.Embodiments may include inductive sensing methods, apparatus, and systems based on inducing a fly-back current from the sensed inductor. Generating a flyback current generally involves two phases. In a first phase, the inductance is coupled to a voltage source to accumulate energy. In a second phase, the inductance is decoupled from the voltage source and coupled to a load. The energy accumulated in the first phase creates an electromotive force (EMF) that generates a flyback current at the load. The accumulated energy is directly proportional to the inductance.

Gemäß Ausführungsformen kann die induktive Abtastung einendig sein, wobei ein Rücklaufstrom einer Richtung erzeugt wird, der eine Spannung erzeugt, die in einen digitalen Wert sigma-delta-moduliert werden kann.According to embodiments, the inductive sensing may be single-ended, generating a one-way flyback current that generates a voltage that may be sigma-delta modulated into a digital value.

Gemäß Ausführungsformen kann die induktive Abtastung pseudodifferentiell sein, wobei ein erster Rücklaufstrom einer Richtung und dann ein zweiter Rücklaufstrom einer anderen Richtung erzeugt wird. Der erste und zweite Rücklaufstrom können eine differentielle Spannung erzeugen, die in einen digitalen Wert sigma-delta-moduliert werden kann.According to embodiments, the inductive sensing may be pseudo-differential, generating a first return current of one direction and then a second return current of another direction. The first and second flyback currents can produce a differential voltage that can be sigma-delta modulated into a digital value.

Gemäß Ausführungsformen kann die pseudodifferentielle Abtastung vier Phasen umfassen. Eine erste Phase kann eine abgetastete Induktivität erregen. Eine zweite Phase kann einen ersten Rücklaufstrom an einem ersten Modulatorknoten erzeugen. Eine dritte Phase kann die abgetastete Induktivität ein zweites Mal erregen. Eine vierte Phase kann einen zweiten Rücklaufstrom an einem zweiten Modulatorknoten erzeugen, dessen Flussrichtung der des ersten Rücklaufstroms entgegengesetzt ist.According to embodiments, the pseudo-differential sampling may include four phases. A first phase can excite a sensed inductor. A second phase can generate a first flyback current at a first modulator node. A third phase can excite the sensed inductance a second time. A fourth phase may generate a second retrace current at a second modulator node that has a direction of flow opposite to that of the first retrace current.

Gemäß Ausführungsformen kann ein Rücklaufstrom an einem Modulatorknoten durch einen Ausgleichsstrom ausgeglichen werden, um das Abtastansprechen zu optimieren. Ein Ausgleichsstrom kann durch die Spannung an dem Modulatorknoten moduliert werden (z. B. über einen Rückkopplungspfad). In einigen Ausführungsformen kann ein Ausgleichsstrom durch eine Schaltkondensatorschaltung erzeugt werden. Eine solche Schaltkondensatorschaltung kann eine programmierbare Kapazität umfassen.According to embodiments, a flyback current at a modulator node may be balanced by a balancing current to optimize sensing response. A compensating current can modulated by the voltage at the modulator node (e.g. via a feedback path). In some embodiments, a transient current may be generated by a switched capacitor circuit. Such a switched capacitor circuit may include a programmable capacitance.

Gemäß Ausführungsformen kann ein Rücklaufstrom an einem Modulatorknoten durch einen in entgegengesetzter Richtung fließenden Referenzstrom gesteuert werden. In einigen Ausführungsformen kann ein Referenzstrom durch eine Schaltkondensatorschaltung erzeugt werden. Eine solche Schaltkondensatorschaltung kann eine programmierbare Kapazität umfassen.According to embodiments, a flyback current at a modulator node may be controlled by a reference current flowing in the opposite direction. In some embodiments, a reference current may be generated by a switched capacitor circuit. Such a switched capacitor circuit may include a programmable capacitance.

In den verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsformen werden gleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, wobei die erste(n) Ziffer(n) der Figurennummer entsprechen.In the various embodiments described herein, like elements are denoted by the same reference numerals, with the first digit(s) corresponding to the figure number.

1A ist ein Blockdiagramm einer induktiven Abtastvorrichtung 100A gemäß einer Ausführungsform. Eine Vorrichtung 100A kann ein analoges Frontend (AFE) 121A und einen digitalen (z. B. codierenden) Teilabschnitt 123A umfassen. Das AFE 121A kann einen Rücklaufteilabschnitt 102A und einen Sigma-Delta-Modulator 105A umfassen und an einen oder mehrere induktive Sensoren (einer davon als 116A gezeigt) gekoppelt sein. Ein induktiver Sensor 116A kann eine Abtastinduktivität Ls aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann der induktive Sensor 116A durch externe Anschlüsse 107 an eine Vorrichtung 100A gekoppelt sein. Ein Rücklaufteilabschnitt 102A kann die Abtastinduktivität Ls an eine Erregerspannung koppeln und dann anschließend die Abtastinduktivität Ls an einen Modulatorknoten 106A koppeln, um einen Rücklaufstrom (IRücklauf) zu erzeugen. Der gesamte oder ein Abschnitt des Abtaststroms Isen kann eine Spannung (Vmod) am Modulatorknoten 106A erzeugen. Der Sigma-Delta-Modulator 105A kann aus Vmod einen Bitstream 112A erzeugen. Ein solcher Bitstream kann einer abgetasteten Induktivität Ls entsprechen. 1A 10 is a block diagram of an inductive scanning device 100A according to an embodiment. An apparatus 100A may include an analog front end (AFE) 121A and a digital (e.g., encoding) portion 123A. The AFE 121A may include a flyback section 102A and a sigma-delta modulator 105A and may be coupled to one or more inductive sensors (one shown as 116A). An inductive sensor 116A may have a sensing inductance Ls. In some embodiments, inductive sensor 116A may be coupled to device 100A through external connectors 107 . A retrace section 102A may couple the sense inductance Ls to an excitation voltage and then subsequently couple the sense inductance Ls to a modulator node 106A to generate a retrace current (Ireturn). All or a portion of the sense current Isen may generate a voltage (Vmod) at the modulator node 106A. The sigma-delta modulator 105A can generate a bitstream 112A from Vmod. Such a bit stream can correspond to a sampled inductor Ls.

Ein Bitstream 112A kann durch den digitalen Teilabschnitt 123A in einen digitalen Wert (Code 113) umgewandelt werden, der eine Induktivität darstellt. In der gezeigten Ausführungsform kann der digitale Teilabschnitt 123A einen digitalen Filter/Dezimierer 109 umfassen, der Rauschen herausfiltern und die Modulatorergebnisse heruntersampeln kann, um Codewerte 113 zu erzeugen. Die Codewerte 113 können ausgegeben und/oder in einem Puffer 117 oder dergleichen gespeichert werden.A bitstream 112A may be converted to a digital value (code 113) representing an inductance by digital portion 123A. In the embodiment shown, the digital portion 123A may include a digital filter/decimator 109 that may filter out noise and downsample the modulator results to generate code values 113 . The code values 113 can be output and/or stored in a buffer 117 or the like.

1B ist ein schematisches Diagramm einer induktiven Abtastvorrichtung 100B gemäß einer weiteren Ausführungsform. Eine Vorrichtung 100B kann ein AFE 121B und einen Codierteilabschnitt 123B umfassen. Das AFE 121B kann einen Rücklaufteilabschnitt 102B, einen Sigma-Delta-Modulator 105B und einen Ausgleichsteilabschnitt 104 umfassen. Der Codierteilabschnitt 123B kann ein Flip-Flop (FF) 110, eine Rückkopplungslogik 114 und einen digitalen Sequenzer 115 umfassen. Ein Rücklaufteilabschnitt 102B kann eine Sensorinduktivität Ls erregen, die Spannungen über Ls schaltet, um einen Rücklaufstrom Isen zu induzieren. Der Rücklaufstrom Isen kann mit der Sensorinduktivität Ls variieren. Ein Rücklaufteilabschnitt 102B kann analoge Schalter SW0, SW1, SW2, SW3 und SW4 umfassen, die an einen induktiven Sensor 116B (auch Sensorzelle 116B genannt) gekoppelt werden können. In einigen Ausführungsformen können solche Anschlüsse über externe Anschlüsse (z. B. Tx, Rx) der Vorrichtung 100B erfolgen. Der induktive Sensor 116B kann eine Abtastinduktivität Ls und einen Induktorwiderstand Rs aufweisen. Der Schalter SW0 kann durch ein Signal Ph0 gesteuert werden, um einen ersten Sensorknoten (Tx) an einen Hochspannungsversorgungsknoten VDDA zu koppeln. Der Schalter SW1 kann durch die Signale Ph0/Ph3 gesteuert werden, um einen zweiten Sensorknoten (Rx) an einen Niedrigspannungsversorgungsknoten (Masse) zu koppeln. Der Schalter SW2 kann durch das Signal Ph2 gesteuert werden, um Rx an einen Modulatorknoten 106 zu koppeln. Der Schalter SW3 kann durch das Signal Ph1 gesteuert werden, um Rx an VDDA zu koppeln. Der Schalter SW4 kann durch die Signale Ph1/Ph2/Ph3 gesteuert werden, um Tx an Masse zu koppeln. 1B 10 is a schematic diagram of an inductive scanning device 100B according to another embodiment. A device 100B may include an AFE 121B and an encoding section 123B. The AFE 121B may include a flyback section 102B, a sigma-delta modulator 105B, and a compensation section 104 . The encoding section 123B may include a flip-flop (FF) 110, feedback logic 114, and a digital sequencer 115. A flyback section 102B can energize a sensor inductance Ls that switches voltages across Ls to induce a flyback current Isen. The return current Isen can vary with the sensor inductance Ls. A flyback section 102B may include analog switches SW0, SW1, SW2, SW3, and SW4 that may be coupled to an inductive sensor 116B (also called sensor cell 116B). In some embodiments, such connections can be made via external connections (e.g., Tx, Rx) of the device 100B. Inductive sensor 116B may include sensing inductance Ls and inductor resistance Rs. The switch SW0 can be controlled by a signal Ph0 to couple a first sensor node (Tx) to a high voltage supply node VDDA. Switch SW1 can be controlled by signals Ph0/Ph3 to couple a second sensor node (Rx) to a low voltage supply node (ground). Switch SW2 can be controlled by signal Ph2 to couple Rx to a modulator node 106 . Switch SW3 can be controlled by signal Ph1 to couple Rx to VDDA. Switch SW4 can be controlled by signals Ph1/Ph2/Ph3 to couple Tx to ground.

Ein Ausgleichsteilabschnitt 104 kann eine Schaltung mit Schaltkondensator (SC) sein, die eine Kapazität (Cref) über einen Knoten (Ca) aufladen und dann die Spannung an dem Knoten schalten kann, um einen Ausgleichsstrom (Ibal) zu induzieren. Der Ausgleichsteilabschnitt 104 kann die analogen Schalter SW5, SW6, SW7 und SW8 umfassen. Ein Ausgleichsteilabschnitt 104 kann eine Referenzzelle 118 umfassen (oder an diese gekoppelt sein), die eine variable Kapazität Cref umfassen kann. Die Referenzzelle 118 kann die Knoten Ca und Cb aufweisen. Ein Kapazitätswert von Cref kann mit dem Wert Ccode festgelegt werden, der in einigen Ausführungsformen ein digitaler Wert sein kann. SW5 kann durch ein Signal Ph1_mod gesteuert werden, um Ca an einen Hochspannungsversorgungsknoten VDDA zu koppeln. SW6 kann durch ein Signal Ph1_mod_fb gesteuert werden, um Cb an Masse zu koppeln. SW7 kann durch ein Signal Ph0_mod_fb gesteuert werden, um Cb an den Modulatorknoten 106 zu koppeln. SW8 kann durch das Signal Ph0_mod gesteuert werden, um Ca an Masse zu koppeln.A balancing section 104 may be a switched capacitor (SC) circuit that can charge a capacitance (Cref) across a node (Ca) and then switch the voltage at the node to induce a balancing current (Ibal). The compensation section 104 may include analog switches SW5, SW6, SW7, and SW8. A balancing section 104 may include (or be coupled to) a reference cell 118, which may include a variable capacitance Cref. Reference cell 118 may include nodes Ca and Cb. A capacitance value of Cref can be specified with the value Ccode, which in some embodiments can be a digital value. SW5 can be controlled by a signal Ph1_mod to couple Ca to a high voltage supply node VDDA. SW6 can be controlled by a signal Ph1_mod_fb to couple Cb to ground. SW7 can be controlled by a signal Ph0_mod_fb to couple Cb to modulator node 106 . SW8 can be controlled by signal Ph0_mod to couple Ca to ground.

Der Sigma-Delta-Modulator 105B kann die Modulatorkapazität Cmod, den Schalter SW9, den Komparator 108 und das Flip-Flop FF 110 umfassen. SW9 kann gesteuert werden, um den Modulatorknoten 106 an Masse zu koppeln. Cmod kann zwischen den Modulatorknoten 106 und Masse gekoppelt werden und kann geladen und entladen werden, um eine Modulatorspannung Vmod zu erzeugen. Der Komparator 108 kann einen ersten (nicht invertierenden) Eingang, der an den Modulatorknoten 106 gekoppelt ist, und einen zweiten (invertierenden) Eingang, der an Masse gekoppelt ist, haben.The sigma-delta modulator 105B may include the modulator capacitance Cmod, the switch SW9, the comparator 108 and the flip-flop FF 110. SW9 can be controlled to couple modulator node 106 to ground. Cmod can be coupled between modulator node 106 and ground and can be charged and discharged to generate a modulator voltage Vmod. Comparator 108 may have a first (non-inverting) input coupled to modulator node 106 and a second (inverting) input coupled to ground.

Ein Ausgang des Komparators 108 Vout kann an einen „D“-Eingang des FF 110 gekoppelt sein. FF 110 kann durch ein Taktsignal Fmod aktiviert werden. Ein Ausgang (Q) von FF 110 kann somit einen sigma-delta-modulierten Bitstream 112B mit einem Tastverhältnis, das mit Vmod variiert, bereitstellen. Vmod kann gemäß Isen variieren, das wiederum gemäß Ls variieren kann. Auf diese Weise kann der Bitstream 112B Ls darstellen.An output of comparator 108 Vout may be coupled to a "D" input of FF 110 . FF 110 can be activated by a clock signal Fmod. An output (Q) of FF 110 can thus provide a sigma-delta modulated bitstream 112B with a duty cycle that varies with Vmod. Vmod can vary according to Isen, which in turn can vary according to Ls. In this way, the bitstream 112B can represent Ls.

Der digitale Sequenzer 115 kann die Signale Ph0, Ph1, Ph2, Ph3 und Kombinationen davon erzeugen (z. B. Ph1/Ph2/Ph3 und Ph0/Ph3). Darüber hinaus kann der digitale Sequenzer 115 die Signale Ph0_mod und Ph1_mod erzeugen. In der gezeigten Ausführungsform können solche Signale mit Fmod synchron sein. Die Rückkopplungslogik 114 kann als Reaktion auf den Bitstream 112B und die Signale Ph0_mod bzw. Ph1_mod nicht überlappende Signale Ph0_mod_fb und Ph1_mod erzeugen. In der gezeigten Ausführungsform können Ph0_mod_fb und Ph1_mod_fb mit Fmod synchron sein, in anderen Ausführungsformen können diese Signale ein anderes Timing aufweisen.Digital sequencer 115 may generate signals Ph0, Ph1, Ph2, Ph3, and combinations thereof (e.g., Ph1/Ph2/Ph3 and Ph0/Ph3). In addition, the digital sequencer 115 can generate the signals Ph0_mod and Ph1_mod. In the embodiment shown, such signals may be synchronous with Fmod. The feedback logic 114 may generate non-overlapping Ph0_mod_fb and Ph1_mod signals in response to the bitstream 112B and the Ph0_mod and Ph1_mod signals, respectively. In the embodiment shown, Ph0_mod_fb and Ph1_mod_fb may be synchronous with Fmod, in other embodiments these signals may have different timing.

Die Ausführungsformen hierin zeigen zwar Sensorinduktivitäten, die mit bestimmten Versorgungsspannungen (z. B. VDDA, VDDA/2) erregt werden können, aber diese bestimmten Versorgungsspannungen sind nicht als Einschränkung zu verstehen. Ausführungsformen können eine Sensorinduktivität mit jeglicher geeigneten Versorgungsspannung erregen, einschließlich Spannungen, die von einer Leistungsversorgungsspannung herabgesetzt wurden, und/oder Spannungen, die über eine Leistungsversorgungsspannung (z. B. Vbe) hinaus erhöht wurden.While the embodiments herein show sensor inductances that can be excited with particular supply voltages (e.g., VDDA, VDDA/2), these particular supply voltages are not intended to be limiting. Embodiments may excite a sensor inductor with any suitable supply voltage, including voltages that have been stepped down from a power supply voltage and/or voltages that have been increased beyond a power supply voltage (e.g., Vbe).

Zum besseren Verständnis der Merkmale und Vorteile der offenbarten Ausführungsformen werden die Elemente der induktiven Abtastung beschrieben.In order to better understand the features and advantages of the disclosed embodiments, the elements of the inductive sensing will be described.

Ein typischer Induktor einer Leiterplatte (PCB) kann eine Induktivität von einigen zehn Mikrohenrys und einen Widerstand von einigen zehn Ohm aufweisen. Eine Zeitkonstante eines Induktors wird wie folgt angegeben: τ = L s r s

Figure DE102021132516A1_0006
A typical printed circuit board (PCB) inductor may have an inductance of tens of microhenries and a resistance of tens of ohms. A time constant of an inductor is given as follows: τ = L s right s
Figure DE102021132516A1_0006

In äquivalenten Schaltungen kann der rs-Wert den Sensorinduktivitätswiderstand (Rs) und die Widerstände der analogen Schalter (Rsw) umfassen. In der Regel kann der analoge Schalterwiderstand gleich oder höher als Rs sein.In equivalent circuits, the rs value may include the sensor inductance resistance (Rs) and the analog switch resistances ( Rsw ). Typically the analog switch resistance can be equal to or higher than Rs.

2 ist ein schematisches Diagramm, das äquivalent ist zu dem Strompfad 217 des induktiven Sensors. Der Strompfad 217 kann eine Sensorinduktivität (Ls), einen Induktorwiderstand (Rs) und einen zusätzlichen externen Widerstand (Rex) umfassen. Infolgedessen kann eine Zeitkonstante für den induktiven Sensor wie folgt angegeben werden: τ = L s R s + R e x + R s w

Figure DE102021132516A1_0007
Ein Sensorsättigungsstrom Isat, kann wie folgt angegeben werden: I s a t = V D D A R i w o b e i R i = R s + R s w + R e x
Figure DE102021132516A1_0008
Gemäß Ausführungsformen kann Rex verwendet werden, um einen Sensorsättigungsstrom zu reduzieren. Eine Erhöhung des Gesamtstromschleifenwiderstands in dem Abtastpfad ist jedoch unerwünscht. Wenn die Sensorinduktivität (Ls) niedrig und der Schleifenwiderstand (Rs+Rsw+Rex) hoch ist, kann die Zeitkonstante niedriger werden als eine Systemtaktfrequenz. Dies kann einen Wandlerbetriebszeitraum begrenzen. 2 12 is a schematic diagram equivalent to the current path 217 of the inductive sensor. Current path 217 may include sensor inductance (Ls), inductor resistance (Rs), and additional external resistance (Rex). As a result, a time constant for the inductive sensor can be given as: τ = L s R s + R e x + R s w
Figure DE102021132516A1_0007
A sensor saturation current Isat can be specified as follows: I s a t = V D D A R i w O b e i R i = R s + R s w + R e x
Figure DE102021132516A1_0008
According to embodiments, Rex can be used to reduce sensor saturation current. However, increasing the total current loop resistance in the scan path is undesirable. When the sensor inductance (Ls) is low and the loop resistance (Rs+Rsw+Rex) is high, the time constant can become lower than a system clock frequency. This can limit a converter operating period.

Gemäß Ausführungsformen kann eine Dreipunkt-Sensorverbindung verwendet werden, um Rex vorteilhaft in Induktorerregungsbetriebe einzubeziehen, um dadurch Isat zu reduzieren, während Rex von Abtastbetrieben ausgeschlossen wird, und dadurch eine vorteilhaft niedrigere Zeitkonstante für die abgetastete Induktivität bereitzustellen.According to embodiments, a three-point sensor connection may be used to advantageously include Rex in inductor excitation operations, thereby reducing Isat while excluding Rex from sensing operations, and thereby providing an advantageously lower time constant for the sensed inductor.

3 ist ein schematisches Diagramm einer Dreipunkt-Sensorverbindung 319 gemäß einer Ausführungsform. 3 zeigt einen induktiven Sensor 316 und eine Abtastvorrichtung 300, die in einigen Ausführungsformen eine integrierte Schaltung (IC) sein kann. Der induktive Sensor 316 kann eine erste Klemme (A) aufweisen, die an einen ersten Anschluss 307-0 der Vorrichtung 300 gekoppelt ist. Eine zweite Klemme (B) kann an einen zweiten Anschluss 307-1 und an einen dritten Anschluss 307-2 gekoppelt sein. Der Anschluss zum dritten Anschluss 307-2 kann den Widerstand Rex umfassen, wodurch dieser Anschluss zu einem Pfad mit einem höheren Widerstand als bei dem Pfad zum zweiten Anschluss 302-1 werden kann. 3 319 is a schematic diagram of a three-point sensor connection 319 according to an embodiment. 3 FIG. 3 shows an inductive sensor 316 and a sensing device 300, which may be an integrated circuit (IC) in some embodiments. The inductive sensor 316 may have a first terminal (A) coupled to a first port 307 - 0 of the device 300 . A second terminal (B) may be coupled to a second port 307-1 and to a third port 307-2. The connection to the third connection 307-2 may include the resistance Rex, whereby this connection can become a path with a higher resistance than the path to the second connection 302-1.

Die Vorrichtung 300 kann einen analogen Abtastpfadschalter SW2 (der einen Widerstand Rsw einführen kann) und einen analogen Erregungspfadschalter SW1 umfassen. Typischerweise kann ein Pull-Up- oder Pull-Down-Schalter (d. h. SW1) einen geringeren Widerstand aufweisen als ein analoger MUX-Schalter (d. h. SW2). Bei einem Erregungsbetrieb kann SW1 aktiviert und SW2 deaktiviert werden, wobei die Sensorklemme B an Masse gekoppelt wird (Sensorklemme A kann an eine Erregerspannung gekoppelt werden). Infolgedessen kann Rex einen resultierenden Isat-Wert beeinflussen. Im Gegensatz dazu kann bei einem Abtastbetrieb, bei dem ein Rücklaufstrom induziert wird, SW1 deaktiviert und SW2 aktiviert werden. Infolgedessen unterliegt ein Rücklaufstrom (der durch SW2 fließt) nicht dem Rex, was einen geringeren Stromschleifenwiderstand und somit eine vorteilhaft kleinere Zeitkonstante τ bereitstellt.Device 300 may include an analog scan path switch SW2 (which may introduce a resistor Rsw) and an analog excitation path switch SW1. Typically, a pull-up or pull-down switch (i.e., SW1) may have a lower resistance than an analog MUX switch (i.e., SW2). In an excitation operation, SW1 can be activated and SW2 deactivated, with sensor terminal B being coupled to ground (sensor terminal A can be coupled to an excitation voltage). As a result, Rex can affect a resulting Isat value. In contrast, in a scanning operation in which a flyback current is induced, SW1 can be deactivated and SW2 can be activated. As a result, flyback current (flowing through SW2) is not subject to the Rex, providing lower current loop resistance and hence an advantageously smaller time constant τ.

4A bis 4D stellen eine Reihe von Diagrammen dar, die Abtastphasen für induktives Abtasten gemäß Ausführungsformen, einschließlich der in 1B gezeigten, zeigen. Gemäß Ausführungsformen kann induktives Abtasten eine Anzahl von Phasen umfassen, die Schaltkonfigurationen zu Klemmen induktiver Sensoren umfassen können, um einen Rücklaufstrom zu erzeugen, um eine Spannung an einer Modulatorkapazität zu variieren. 4A bis 4D zeigen einen Rücklaufteilabschnitt 402, der Anschlüsse zu den Klemmen (A und B) des induktiven Sensors 416 aufweisen kann. Der induktive Sensor 416 kann eine Induktivität Ls und einen Widerstand Rs aufweisen. 4A until 4D 12 depict a series of diagrams depicting sampling phases for inductive sampling according to embodiments including those in FIG 1B shown, show. According to embodiments, inductive sensing may include a number of phases, which may include switching configurations to clamp inductive sensors to generate a flyback current to vary a voltage across a modulator capacitance. 4A until 4D Figure 12 shows a return section 402 which may have connections to terminals (A and B) of inductive sensor 416. The inductive sensor 416 can have an inductance Ls and a resistance Rs.

4A zeigt eine erste Phase (Ph0), die eine Erregungsphase sein kann. In Ph0 kann durch den Betrieb eines oder mehrerer Schalter (z. B. SW0 und SW1) die Klemme A an eine Erregerspannung gekoppelt werden, die in der gezeigten Ausführungsform ein Hochleistungsversorgungsknoten VDDA sein kann. Gleichzeitig kann die Klemme B an einen Niedrigleistungsversorgungsknoten (Masse) gekoppelt sein. Eine Spannung (Vsen) über dem Sensor 416 kann den Induktor Ls erregen. 4A shows a first phase (Ph0), which can be an excitation phase. In Ph0, operation of one or more switches (e.g., SW0 and SW1) may couple terminal A to an excitation voltage, which in the embodiment shown may be a high power supply node VDDA. At the same time, terminal B may be coupled to a low-power supply node (ground). A voltage (Vsen) across the sensor 416 can excite the inductor Ls.

4B zeigt eine zweite Phase (Ph1), die eine optionale Energierückgewinnungsphase sein kann. In Ph1 kann durch den Betrieb von Schaltern (z. B. SW3 und SW4) die Klemme A an einen Niedrigleistungsversorgungsknoten gekoppelt werden, während die Klemme B an einen Knoten höherer Spannung (in diesem Fall VDDA) gekoppelt sein kann. Ph1 kann verwendet werden, um einen darauffolgenden Rücklaufstrom aus Ls zu reduzieren, falls erforderlich. Wenn Ph1 weggelassen wird, kann ein Abtastbetrieb von einer ersten Phase (Ph0) zu einer dritten Phase (Ph2) übergehen. 4B shows a second phase (Ph1), which can be an optional energy recovery phase. In Ph1, through the operation of switches (e.g., SW3 and SW4), terminal A may be coupled to a lower power supply node, while terminal B may be coupled to a higher voltage node (VDDA in this case). Ph1 can be used to reduce a subsequent flyback current from Ls if required. If Ph1 is omitted, a sampling operation can transition from a first phase (Ph0) to a third phase (Ph2).

4C zeigt eine dritte Phase (Ph2), die eine Ladungsakkumulationsphase sein kann. In Ph2 kann durch den Betrieb von Schaltern (z. B. SW2 und SW4) die Klemme B an eine Modulatorkapazität (Cmod) gekoppelt werden und die Klemme B kann an ein Potential gekoppelt werden, das einen Rücklaufstrom aus Ls induzieren kann, der in der gezeigten Ausführungsform ein Niedrigleistungsversorgungsknoten ist. Aufgrund des Rücklaufstroms (Isen) kann sich Ladung auf Cmod akkumulieren. Eine resultierende Spannung auf Cmod kann moduliert werden, um Ls zu bestimmen. Eine Dauer von Ph2 kann ein Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) des Abtastens steuern. 4C shows a third phase (Ph2), which may be a charge accumulation phase. In Ph2, through the operation of switches (e.g., SW2 and SW4), the B terminal can be coupled to a modulator capacitance (Cmod) and the B terminal can be coupled to a potential that can induce a flyback current from Ls that is present in the embodiment shown is a low power supply node. Charge can accumulate on Cmod due to flyback current (Isen). A resulting voltage on Cmod can be modulated to determine Ls. A duration of Ph2 can control a signal-to-noise ratio (SNR) of the sampling.

4D zeigt eine vierte Phase (Ph3), die eine optionale Leerlaufphase sein kann. In Ph3 können die Klemmen A und B durch den Betrieb von Schaltern (z. B. SW1 und SW4) beide an einen Niedrigleistungsversorgungsknoten gekoppelt werden. Ph3 kann in Ls verbliebene Energie entladen. Dementsprechend kann Ph3 zur Steuerung der Abtastfrequenz verwendet werden und die Leistungsaufnahme und eine Gleichgewichtsbedingung eines Modulatorknotens (d. h. Cmod) beeinflussen. Nach Ph3 kann ein Abtastbetrieb zu Ph0 zurückkehren, um die Abfolge zu wiederholen. Wenn Ph3 ausgelassen wird, kann ein Abtastbetrieb von Ph2 zu Ph0 gehen, um die Abfolge zu wiederholen. 4D shows a fourth phase (Ph3), which can be an optional idle phase. In Ph3, terminals A and B can both be coupled to a low-power supply node through the operation of switches (e.g., SW1 and SW4). Ph3 can discharge remaining energy in Ls. Accordingly, Ph3 can be used to control the sampling frequency and affect the power consumption and a balance condition of a modulator node (ie, Cmod). After Ph3, a scan operation can return to Ph0 to repeat the sequence. If Ph3 is omitted, a scan operation can go from Ph2 to Ph0 to repeat the sequence.

Die verschiedenen Abtastphasen können eine Spannung an Cmod erzeugen, die sigma-delta-moduliert werden kann, um einen Bitstream zu erzeugen, der gesampelt werden kann, um die abgetasteten Induktivitätswerte zu erhalten.The different sampling phases can produce a voltage on Cmod that can be sigma-delta modulated to produce a bitstream that can be sampled to obtain the sampled inductance values.

Mit Bezug auf 5 ist ein Zeitdiagramm für die Betriebe der in 1B gezeigten Vorrichtung 100B gezeigt. Das Zeitdiagramm zeigt: den Modulationstakt Fmod; die verschiedenen Abtastphasen Ph0, Ph1, Ph2 und Ph3; einen resultierenden Bitstream (Bitstream); Rückkopplungssignale Ph0_mod_fb, Ph1_mod_fb; eine Induktorspannung VLs; einen Induktorstrom ILs; einen resultierenden abgetasteten Strom Isen; eine Modulationsspannung Vmod; und einen Ausgleichsstrom Ibal.Regarding 5 is a time chart for the operations of the in 1B device 100B shown. The timing diagram shows: the modulation clock Fmod; the different sampling phases Ph0, Ph1, Ph2 and Ph3; a resulting bit stream (Bitstream); feedback signals Ph0_mod_fb, Ph1_mod_fb; an inductor voltage VLs; an inductor current ILs; a resulting sampled current Isen; a modulation voltage Vmod; and a balancing current Ibal.

Zum Zeitpunkt t0 kann Ph0 beginnen. SW0 und SW1 können sich schließen, wobei VDDA über eine Sensorinduktivität (Ls) gelegt wird, wodurch Ls erregt wird.At time t0, Ph0 can begin. SW0 and SW1 are allowed to close, placing VDDA across a sensor inductor (Ls), energizing Ls.

Zum Zeitpunkt t1 kann Ph0 enden und Ph1 beginnen. SW0 und SW1 können sich öffnen, während SW3 den Knoten r/x an VDDA koppelt und SW4 den Knoten Rx an Masse koppelt. Eine Spannung über Ls kann umschalten, und Ls kann beginnen, stromlos zu werden.At time t1, Ph0 may end and Ph1 begin. SW0 and SW1 are allowed to open while SW3 couples node r/x to VDDA and SW4 couples node Rx to ground. A voltage across Ls can switch and Ls can start to be de-energized.

Zum Zeitpunkt t2 kann Ph1 enden und Ph2 beginnen. SW3 kann sich öffnen und SW2 kann den Knoten Rx an den Modulatorknoten 106 koppeln. Infolgedessen kann durch Ls ein Rücklaufstrom erzeugt werden. Der Rücklaufabtaststrom kann durch den Betrieb von SW2 zum Modulatorknoten 106 fließen, um eine Modulatorspannung Vmod zu erzeugen. In der gezeigten Ausführungsform kann Isen ein Quellstrom für den Modulatorknoten 106 sein.At time t2, Ph1 can end and Ph2 can begin. SW3 can open and SW2 can couple node Rx to modulator node 106 . As a result, a flyback current can be generated through Ls. The retrace sense current may flow to the modulator node 106 through the operation of SW2 to generate a modulator voltage Vmod. In the embodiment shown, Isen may be a source current for modulator node 106 .

Zum Zeitpunkt t3, der während Ph2 auftritt, kann aufgrund von Vmod ein Ausgang des Komparators 108 Vout hoch getrieben werden. Dies kann FF 110 dazu veranlassen, den Ausgang Q (d. h. Bitstream 112B) hoch zu treiben. Ein hoher Bitstream 112B kann durch die Rückkopplungslogik 114 empfangen werden. Daraufhin kann die Rückkopplungslogik 114 den Impuls Ph0_mod_fb gefolgt von Impuls Ph1_mod_fb erzeugen. Der Impuls Ph0_mod_fb kann durch den Schaltkondensatorbetrieb von Cref in einem Ausgleichsstrom Ibal resultieren. Wie gezeigt, kann Ibal ein Senkenstrom aus dem Modulatorknoten 106 sein, der Vmod reduzieren kann. Anschließend kann Cref durch den Betrieb der Schalter SW5 und SW6 aufgeladen werden. Unter der Voraussetzung, dass der Bitstream 112B hoch bleibt, kann weiterhin Strom Ibal erzeugt werden.At time t3, which occurs during Ph2, an output of comparator 108 Vout may be driven high due to Vmod. This can cause FF 110 to drive output Q (i.e., bitstream 112B) high. A high bit stream 112B may be received by feedback logic 114 . The feedback logic 114 may then generate the Ph0_mod_fb pulse followed by the Ph1_mod_fb pulse. The pulse Ph0_mod_fb can result in a transient current Ibal due to the switched capacitor operation of Cref. As shown, Ibal may be a sink current from modulator node 106 that may reduce Vmod. Cref can then be charged by operating switches SW5 and SW6. Provided bitstream 112B remains high, current Ibal can continue to be generated.

Zum Zeitpunkt t4 kann Ph2 enden und Ph3 beginnen. SW2 kann sich öffnen, wodurch ein Aufladen des Modulatorknotens 106 durch den Rücklaufstrom Isen beendet wird. Durch den Betrieb von SW4 und SW1 können beide Knoten Tx und Rx des induktiven Sensors 116B an Masse gekoppelt werden. In der gezeigten Ausführungsform treibt Vmod den Bitstream weiterhin hoch, somit können Ph0_mod_fb und Ph1_mod_fb fortfahren und einen Ibal-Strom erzeugen, der Vmod weiter gegen null Volt treibt.At time t4, Ph2 may end and Ph3 begin. SW2 is allowed to open, stopping modulator node 106 from being charged by flyback current Isen. Operation of SW4 and SW1 allows both nodes Tx and Rx of inductive sensor 116B to be coupled to ground. In the embodiment shown, Vmod continues to drive the bitstream high, so Ph0_mod_fb and Ph1_mod_fb can continue and generate an Ibal current that continues to drive Vmod toward zero volts.

Zum Zeitpunkt t5 kann eine anschließende Ph0 beginnen, und der Detektionsprozess kann sich wiederholen.At time t5 a subsequent Ph0 can begin and the detection process can repeat.

Die Wellenformen 531 zeigen, wie die Signale Ph0_mod_fb und Ph1_mod_fb in Bezug auf die Signale Ph0_mod und Ph1_mod erzeugt werden können. Solche Wellenformen werden beispielhaft angegeben und sind nicht als einschränkend zu verstehen. Ferner sollte, wie hierin bereits erwähnt, obwohl 5 die Impulse Ph0_mod_fb und Ph1_mod_fb zeigt, die mit Fmod synchron sind, dieses Timing nicht als einschränkend verstanden werden.Waveforms 531 show how signals Ph0_mod_fb and Ph1_mod_fb can be generated in relation to signals Ph0_mod and Ph1_mod. Such waveforms are provided by way of example and are not to be construed as limiting. Also, as noted herein, although 5 shows the pulses Ph0_mod_fb and Ph1_mod_fb synchronous with Fmod, this timing should not be understood as limiting.

Bei Induktivitätsabtastbetrieben gemäß Ausführungsformen kann eine Gesamtladung, die durch eine Modulatorkapazität (Cmod) akkumuliert wird, nach der folgenden Formel berechnet werden: Q p h 2 = V D D A R I 2 L S ( 1 e T p h 2 R i L S ) ,

Figure DE102021132516A1_0009
wobei Tph2 die Dauer eines Ladungsakkumulationszeitraums Ph2 ist. In der obigen Formel wird von Folgendem ausgegangen: ein Gesamtsensorwiderstand verändert sich in den Sensorerregungsphasen nicht; eine Ph1-Phase ist nicht enthalten; ein Kapazitätswert Cmod ist hoch genug, sodass der Spannungsabfall während des Ladungsübertragungszeitraums (z. B. Ph2) vernachlässigbar ist; und eine Sensorkapazität (z. B. Ci in 26) hat keinen Einfluss auf das Abtasten.In inductance sensing operations according to embodiments, a total charge accumulated by a modulator capacitance (Cmod) can be calculated using the following formula: Q p H 2 = V D D A R I 2 L S ( 1 e T p H 2 R i L S ) ,
Figure DE102021132516A1_0009
where Tph2 is the duration of a charge accumulation period Ph2. In the above formula, it is assumed that: a total sensor resistance does not change in the sensor excitation phases; a Ph1 phase is not included; a capacitance value Cmod is high enough that the voltage drop during the charge transfer period (e.g. Ph2) is negligible; and a sensor capacitance (e.g. Ci in 26 ) does not affect sampling.

Bei Ausführungsformen wie der von 1B und 5 kann ein Ausgleichsprozess (z. B. Erzeugung eines Ausgleichsstroms) so gestaltet sein, dass eine Vmod-Spannung auf Null zurückgeführt wird, nachdem sie durch einen Sensorinduktion-Rücklaufstrom erzeugt wurde. Ein Ausgleichsprozess kann während eines Zeitraums der Ladungsakkumulation (d. h. des Samplings) stattfinden. Eine akkumulierte Ladung auf Cmod kann durch einen Schaltkondensatorstrom Ibal ausgeglichen werden. Eine ausgeglichene Bedingung kann wie folgt angegeben werden: Q ph2_max < V DDA C ref N b_min

Figure DE102021132516A1_0010
Qph2_.max kann die maximale Ladung sein, die in einem Sensorerregungszyklus (z. B. Ph2) produziert werden kann. Nb_min kann die erforderliche Minimummenge an Fmod-Zyklen sein, um einen Ausgleich zu erreichen. Der Wert Nb_min kann somit eine maximale Sensorerregungsfrequenz Fs_max definieren. Diese Frequenz wird nach der folgenden Formel berechnet: F s _ m a x = F m o d N b _ m i n
Figure DE102021132516A1_0011
In einem Ph3-Zeitraum können beide Klemmen der Sensorinduktivität nach dem Ph2-Zeitraum an Masse gekoppelt werden. Wenn die Ausgleichszeitraumdauer länger ist als die Sensorerregungsphasendauer: 1 F s > T p h 0 + T p h 1 + T p h 2 + T p h 3
Figure DE102021132516A1_0012
Die Induktivitäts-zu-Code-Übertragungsfunktion kann wie folgt sein: D C = 1 R i 2 C r e f N b L s ( 1 e T p h 2 R i L S )
Figure DE102021132516A1_0013
In embodiments like that of 1B and 5 For example, a transient process (e.g., transient current generation) can be designed to return a Vmod voltage to zero after it is generated by a sensor inductive flyback current. A balancing process may take place during a period of charge accumulation (ie sampling). An accumulated charge on Cmod can be balanced by a switched capacitor current Ibal. A balanced constraint can be specified as follows: Q ph2_max < V DDA C ref N b_min
Figure DE102021132516A1_0010
Q ph2_.max can be the maximum charge that can be produced in one sensor excitation cycle (e.g. Ph2). Nb_min may be the minimum amount of Fmod cycles required to achieve balance. The value Nb_min can thus define a maximum sensor excitation frequency F s_max . This frequency is calculated using the following formula: f s _ m a x = f m O i.e N b _ m i n
Figure DE102021132516A1_0011
In a Ph3 period, both terminals of the sensor inductor can be coupled to ground after the Ph2 period. If the equalization period duration is longer than the sensor excitation phase duration: 1 f s > T p H 0 + T p H 1 + T p H 2 + T p H 3
Figure DE102021132516A1_0012
The inductance-to-code transfer function can be: D C = 1 R i 2 C right e f N b L s ( 1 e T p H 2 R i L S )
Figure DE102021132516A1_0013

Es wird darauf hingewiesen, dass die obige Funktion verschiedene Vorteile eines Rücklaufabtastansatzes gemäß Ausführungsformen demonstriert: Umwandlungsergebnisse, ein digitaler Code (DC) sind proportional zu der Sensorinduktivität (Ls); Umwandlungsergebnisse sind zeitabhängig von einer Sampling-Zeitdauer (Tph2). Es wird auch darauf hingewiesen, dass ein Sensorwiderstand (Rs in Ri enthalten) und Cref nicht von einer Leistungsversorgungsspannung VDDA abhängen.It is noted that the above function demonstrates various advantages of a flyback sampling approach according to embodiments: conversion results, a digital code (DC) is proportional to the sensor inductance (Ls); Conversion results are time dependent on a sampling period (Tph2). It is also noted that a sensor resistance (Rs included in Ri) and Cref do not depend on a power supply voltage VDDA.

Die obige Umwandlung scheint zwar nichtlinear in Bezug auf Ls zu sein, aber diese Nichtlinearität beeinträchtigt einen typischen Abtastbetrieb nicht wesentlich. Bei vielen Anwendungen liegen die gemessenen Induktivitätsschwankungen in einem relativ engen Bereich. Zum Beispiel detektieren viele Induktivitätsabtastbetriebe Induktivitätsschwankungen von weniger als 20 % (z. B. +-10%). In diesem Induktivitätsschwankungsbereich hat die Nichtlinearität nahezu keine Auswirkungen. Wenn zum Beispiel eine Ph2-Zeitraumdauer etwa das Dreifache der Zeitkonstante beträgt, wird die Näherungsformel zu: D C = 1 R i 2 C r e f N b L s wenn T p h 2 3 L s R i

Figure DE102021132516A1_0014
While the above conversion appears to be non-linear with respect to Ls, this non-linearity does not significantly affect a typical sampling operation. In many applications, the measured inductance fluctuations lie within a relatively narrow range. For example, many inductance sensing operations detect inductance variations of less than 20% (e.g., +-10%). In this range of inductance variation, the non-linearity has almost no effect. For example, if a Ph2 period is about three times the time constant, the approximation formula becomes: D C = 1 R i 2 C right e f N b L s if t p H 2 3 L s R i
Figure DE102021132516A1_0014

Diese Übertragungsfunktion ist linear in Bezug auf die Induktivität Ls. Auf diese Weise können induktive Rücklaufabtastvorrichtungen gemäß Ausführungsformen Codewerte erzeugen, die linear mit Induktivitätsänderungen variieren. Dies steht in scharfem Gegensatz zu herkömmlichen Ansätzen.This transfer function is linear with respect to the inductance Ls. In this way, inductive flyback sensing devices according to embodiments can generate code values that vary linearly with changes in inductance. This is in sharp contrast to conventional approaches.

Während in Ausführungsformen versucht werden kann, eine induktionsbezogene Spannung (Vmod) um einen Null-Volt-Pegel herum zu modulieren, können andere Ausführungsformen Modulationsspannungen um andere Spannungspegel herum erzeugen. 6 zeigt eine solche Ausführungsform.While embodiments may attempt to modulate an inductance-related voltage (Vmod) around a zero volt level, other embodiments may produce modulation voltages around other voltage levels. 6 shows such an embodiment.

6 zeigt eine Induktivitätsabtastvorrichtung 600 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Induktivitätsabtastvorrichtung 600 kann Elemente wie die in 1B, die in ähnlicher Weise arbeiten können, umfassen. 6 FIG. 6 shows an inductance sensing device 600 according to another embodiment. The inductance sensing device 600 may include elements such as those shown in 1B that can work in a similar way.

Die Ausführungsform der 6 unterscheidet sich von 1B dadurch, dass der Modulatorknoten 606 zu VDDA zurückgetrieben werden kann, nachdem eine Vmod-Spannung, die niedriger als VDDA ist, durch einen Rücklaufstrom erzeugt wurde, und dass ein Rücklaufteilabschnitt 106 einen Rücklaufabtaststrom (Isen) aus dem Modulatorknoten ziehen (d. h. abnehmen) kann, dass SW9 den Modulatorknoten 606 an VDDA koppeln kann und dass ein nicht invertierender Eingang des Komparators 608 an VDDA gekoppelt werden kann. Dementsprechend kann ein Ausgleichsteilabschnitt 604 einen Ausgleichsstrom (Ibal) erzeugen, der eine Stromquelle für den Modulatorknoten 606 ist.The embodiment of 6 differs from 1B in that the modulator node 606 can be driven back to VDDA after a Vmod voltage lower than VDDA generated by a flyback current, and that a flyback section 106 can draw (ie, sink) a flyback sample current (Isen) from the modulator node, that SW9 can couple the modulator node 606 to VDDA, and that a non-inverting input of comparator 608 can be coupled to VDDA. Accordingly, a balancing section 604 may generate a balancing current (Ibal) that is a current source for the modulator node 606 .

7A bis 7D stellen eine Reihe von Diagrammen dar, die Abtastphasen für induktives Abtasten gemäß weiteren Ausführungsformen, einschließlich der in 6 gezeigten, zeigen. 7A until 7D FIG. 12 is a series of diagrams depicting sampling phases for inductive sampling according to other embodiments, including those in FIG 6 shown, show.

7A zeigt eine Erregungsphase Ph0. Durch den Betrieb eines oder mehrerer Schalter (z. B. SW3 und SW4) kann die Klemme B an eine Erregerspannung VDDA gekoppelt werden. Gleichzeitig kann die Klemme A an Masse gekoppelt werden. 7A shows an excitation phase Ph0. Through the operation of one or more switches (e.g., SW3 and SW4), terminal B can be coupled to an excitation voltage VDDA. At the same time, terminal A can be coupled to ground.

7B zeigt eine optionale Energierückgewinnungsphase (Ph1). Durch den Betrieb von Schaltern (z. B. SW0 und SW1) kann die Klemme A an VDDA gekoppelt werden, während Klemme B an Masse gekoppelt werden kann. 7B shows an optional energy recovery phase (Ph1). Through the operation of switches (e.g., SW0 and SW1), terminal A can be coupled to VDDA while terminal B can be coupled to ground.

7C zeigt eine Ladungsakkumulationsphase Ph2. Durch den Betrieb von Schaltern (z. B. SW0 und SW2) kann die Klemme B gekoppelt werden, um an der Modulatorkapazität (Cmod) einen Rücklaufstrom zu erzeugen. Aufgrund des Rücklaufstroms (Isen) kann die Ladung bei Cmod entladen werden. Eine resultierende Spannung auf Cmod kann moduliert werden, um Ls zu bestimmen. 7C shows a charge accumulation phase Ph2. Through the operation of switches (e.g., SW0 and SW2), the B terminal can be coupled to generate a flyback current across the modulator capacitance (Cmod). Due to the flyback current (Isen), the charge can be discharged at Cmod. A resulting voltage on Cmod can be modulated to determine Ls.

7D zeigt eine optionale Leerlaufphase Ph3. Durch den Betrieb von Schaltern (z. B. SW0 und SW3) können die Klemmen A und B an VDD gekoppelt werden. 7D shows an optional idle phase Ph3. By operating switches (e.g. SW0 and SW3), terminals A and B can be coupled to VDD.

Die Ausführungsformen der 1B und 6 können durch den Betrieb eines Ausgleichsteilabschnitts (z. B. 104, 604) einen Schaltkondensatorausgleichsstrom (Ibal) erzeugen. Ein Ausgleichsteilabschnitt kann vier analoge Schalter und eine anpassbare Kapazität Cref umfassen. Eine Kapazität Cref kann mit einem digitalen Code Ccode eingestellt werden. Schalter, die die Knoten Ca und Cb an den Leistungsversorgungsknoten koppeln (z. B. SW5, SW6, SW8), können Open-Drain-Pull-Up/Pull-Down-Treiber sein. Ein Schalter, der den Knoten Cb an einen Modulatorknoten (z. B. 106, 606) koppelt, kann ein analoger Schalter mit niedrigem Schaltinjektionsstrom sein. Zweiphasige, nicht überlappende Signale (Ph0_mod_fb, Ph1_mod_fb) können Ibal steuern. In einigen Ausführungsformen kann eine Fmod-Modulator-Taktfrequenz diese Abfolge bestimmen. Ferner wird die Abfolge durch ein Wandlerausgang-Bitstreamsignal moduliert (z. B. 112B, 612). Ein durchschnittlicher Strom, der von einem ausgeglichenen Teilabschnitt (z. B. 106, 606) produziert wird, kann wie folgt angegeben werden: I b a l = ± C r e f V d d a ƒ m o d D C ,

Figure DE102021132516A1_0015
wobei DC (Duty Cycle) ein durchschnittliches Tastverhältnis eines Bitstreamsignals ist.The embodiments of 1B and 6 may generate a switched capacitor balancing current (Ibal) through the operation of a balancing section (e.g., 104, 604). A compensation section may include four analog switches and an adjustable capacitance Cref. A capacitance Cref can be set with a digital code Ccode. Switches that couple nodes Ca and Cb to the power supply node (e.g., SW5, SW6, SW8) can be open-drain pull-up/pull-down drivers. A switch that couples node Cb to a modulator node (e.g., 106, 606) may be an analog switch with low switching injection current. Two-phase non-overlapping signals (Ph0_mod_fb, Ph1_mod_fb) can control Ibal. In some embodiments, an Fmod modulator clock frequency can determine this sequence. Furthermore, the sequence is modulated by a converter output bitstream signal (e.g. 112B, 612). An average current produced by a balanced subsection (e.g. 106, 606) can be given as: I b a l = ± C right e f V i.e i.e a ƒ m O i.e D C ,
Figure DE102021132516A1_0015
where DC (duty cycle) is an average duty cycle of a bitstream signal.

Die obige Formel geht davon aus, dass eine Modulatorkapazität (Cmod) ausreichend hoch ist, sodass der Spannungsabfall während der Ladungsübertragung vernachlässigbar ist. Wenn eine Modulatorspannung (Vmod) auf einer Komparatorschwellenspannung liegt (z. B. Masse in 1B oder VDDA in 6), kann die Induktivitätswandlungsvorrichtung 100B/600 als in einem ausgeglichenen Betriebspunkt befindlich angesehen werden.The formula above assumes that a modulator capacitance (Cmod) is sufficiently high that the voltage drop during charge transfer is negligible. When a modulator voltage (Vmod) is at a comparator threshold voltage (e.g. ground in 1B or VDDA in 6 ), the inductance conversion device 100B/600 can be considered to be in a balanced operating point.

Bei einigen Sensorbereichen und Empfindlichkeiten kann ein Ausgleichsstrom (Ibal), der als Reaktion auf einen Modulatorausgang (Bitstream) erzeugt wird, eine gewünschte Reaktion liefern. Bei einigen Sensorbereichen und/oder Empfindlichkeiten kann es jedoch wünschenswert sein, einen zusätzlichen Strom zu erzeugen, um den Rücklaufstrom (Isen) an dem Modulatorknoten auszugleichen. 8 und 9 sind schematische Darstellungen solcher Ausführungsformen.For some sensor ranges and sensitivities, a transient current (Ibal) generated in response to a modulator output (bitstream) can provide a desired response. However, for some sensor ranges and/or sensitivities, it may be desirable to generate additional current to balance the return current (Isen) at the modulator node. 8th and 9 are schematic representations of such embodiments.

8 zeigt eine Induktivitätsabtastvorrichtung 800 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Abtastvorrichtung 800 kann Elemente wie die in 1B, die in ähnlicher Weise arbeiten können, umfassen. Dies umfasst einen Ausgleichsteilabschnitt 804, der eine Referenzkapazität Cref aufweist, die durch einen Wert Ccode eingestellt werden kann. Die Ausführungsform der 8 unterscheidet sich von 1B dadurch, dass ein zusätzlicher Kompensationsteilabschnitt 817 enthalten sein kann, der einen Kompensationsstrom Icomp erzeugen kann, der zur Aufrechterhaltung eines ausgeglichenen Zustands am Modulatorknoten 806 verwendet werden kann. 8th FIG. 8 shows an inductance sensing device 800 according to another embodiment. The scanning device 800 can include elements such as those in 1B that can work in a similar way. This includes a compensation section 804 having a reference capacitance Cref that can be set by a value Ccode. The embodiment of 8th differs from 1B in that an additional compensation section 817 can be included that can generate a compensation current Icomp that can be used to maintain a balanced state at the modulator node 806 .

Ein Kompensationsteilabschnitt 817 kann die gleiche allgemeine Form wie ein Ausgleichsteilabschnitt 804 haben und kann analoge Schalter SW12-SW15 umfassen. Ein Kompensationsteilabschnitt 817 kann eine variable Kapazität Ccomp an den Knoten Cc und Cd umfassen (oder daran gekoppelt sein). Ein Wert von Ccomp kann mit dem Wert Ccoder festgelegt werden (wobei Ccoder sich unterscheidet von Ccode, der an dem Ausgleichsteilabschnitt 804 verwendet wird). SW12 kann durch ein Signal Ph1_mod gesteuert werden, um Cc an VDDA zu koppeln. SW13 kann durch ein Signal Ph0_mod gesteuert werden, um Cc an Masse zu koppeln. SW14 kann durch ein Signal Ph1_mod gesteuert werden, um Cd an Masse zu koppeln, und SW15 kann durch das Signal Ph0_mode gesteuert werden, um Cd an den Modulatorknoten 806 zu koppeln.A compensation section 817 may have the same general form as a compensation section 804 and may include analog switches SW12-SW15. A compensation section 817 may include (or be coupled to) a variable capacitance Ccomp at nodes Cc and Cd. A value of Ccomp can be specified with the value of Ccoder (where Ccoder is different from Ccode used at the compensation section 804). SW12 can be controlled by a Ph1_mod signal to couple Cc to VDDA. SW13 can be controlled by a signal Ph0_mod to couple Cc to ground. SW14 can be controlled by a Ph1_mod signal to couple Cd to ground and SW15 can be controlled by a Ph0_mode signal to couple Cd to modulator node 806 .

Ein Kompensationsteilabschnitt 817 kann auf die gleiche Weise arbeiten wie ein Ausgleichsteilabschnitt (z. B. 104, 604). Die Erzeugung des Stroms wird jedoch nicht durch den Bitstream 812 moduliert. Der durchschnittliche Strom, der ein ausgeglichenes Schema ergibt, wird durch folgende Formel berechnet: I c o m p = ± C c o m p V d d a ƒ m o d

Figure DE102021132516A1_0016
A compensation section 817 may operate in the same manner as a compensation section (e.g., 104, 604). The generation of the stream is not modulated by the bitstream 812, however. The average current that gives a balanced scheme is calculated by the following formula: I c O m p = ± C c O m p V i.e i.e a ƒ m O i.e
Figure DE102021132516A1_0016

Es versteht sich, dass die Ausführungsform zwar die Fmod-Taktfrequenz (als fmod gezeigt) für die Erzeugung von Icomp verwendet, aber eine solche Anordnung nicht einschränkend ist. Jegliches geeignete Schaltkondensator-Timing kann, basierend auf der Kapazität Icomp, dem gewünschten Icomp und dem gewünschten Übergangsverhalten, verwendet werden.It should be understood that while the embodiment uses the Fmod clock frequency (shown as f mod ) for the generation of Icomp, such an arrangement is not limiting. Any suitable switched capacitor timing can be used based on the capacitance Icomp, the desired Icomp, and the desired transient behavior.

9 zeigt eine Abtastvorrichtung 900 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Abtastvorrichtung 900 kann Elemente wie die in 6 umfassen, die in ähnlicher Weise arbeiten können. Die Ausführungsform 9 unterscheidet sich von 6 dadurch, dass sie einen Kompensationsteilabschnitt 917 umfassen kann, der einen Kompensationsstrom Icomp erzeugt. Die Kompensationsschaltung 914 kann in der gleichen allgemeinen Art und Weise arbeiten wie 8, der erzeugte Schaltkondensatorreferenzstrom Icomp kann den Modulatorknoten 906 speisen, um dem Senkenstrom Isen entgegenzuwirken. 9 FIG. 9 shows a scanning device 900 according to another embodiment. The scanning device 900 can include elements such as those in 6 include, which can work in a similar way. The embodiment 9 differs from 6 in that it may include a compensation section 917 that generates a compensation current Icomp. Compensation circuit 914 can operate in the same general manner as 8th , the generated switched capacitor reference current Icomp can feed the modulator node 906 to counteract the sink current Isen.

Ausführungsformen, wie die in 1B, 6, 8 und 9 gezeigten, weisen eine einendige Konfiguration auf, wobei eine Modulatorspannung Vmod, die von der statischen Referenzspannung (z. B. VDDA, Masse) abweichen kann, erzeugt wird. Andere Ausführungsformen können jedoch eine pseudodifferentielle Abtastung umfassen. Ein pseudodifferentieller Induktivität-zu-Code-Wandler gemäß einigen Ausführungsformen kann als Kombination von zwei einendigen Konfigurationen, wie oben beschrieben, konzipiert werden. Pseudodifferentielle Induktivitätsabtastung kann acht Betriebsphasen, Ph0 bis Ph7, umfassen. Ph0 und Ph4 können Induktorenergieakkumulationszeiträume sein. Ph1 und Ph5 können optionale Induktorenergierückgewinnungszeiträume sein. Ph2 und Ph6 können Modulatorknoten-Ladungsakkumulationszeiträume sein. Ph3 und Ph7 können optionale Leerlaufzeiträume sein.Embodiments such as those in 1B , 6 , 8th and 9 , have a single-ended configuration, generating a modulator voltage Vmod, which may differ from the static reference voltage (e.g., VDDA, ground). However, other embodiments may include pseudo-differential sampling. A pseudo-differential inductance-to-code converter according to some embodiments can be designed as a combination of two single-ended configurations as described above. Pseudo-differential inductance sensing can include eight phases of operation, Ph0 through Ph7. Ph0 and Ph4 can be inductor energy accumulation periods. Ph1 and Ph5 can be optional inductor energy recovery periods. Ph2 and Ph6 can be modulator node charge accumulation periods. Ph3 and Ph7 can be optional idle periods.

10A ist ein schematisches Diagramm einer induktiven Abtastvorrichtung 1000A, die eine pseudodifferentielle Abtastung gemäß einer Ausführungsform nutzt. Eine Vorrichtung 1000A kann Teilabschnitte wie die in 1B, einschließlich eines Rücklaufteilabschnitts 1002, eines Ausgleichsteilabschnitts 1004A, eines Modulatorteilabschnitts 1005, eines digitalen Sequenzers 1015 und einer Rückkopplungslogik 1014, umfassen. 10A 10 is a schematic diagram of an inductive sensing device 1000A utilizing pseudo-differential sensing according to an embodiment. A device 1000A may include sections such as those in 1B , including a return section 1002, an equalization section 1004A, a modulator section 1005, a digital sequencer 1015, and feedback logic 1014.

Ein Rücklaufteilabschnitt 1002 kann sich von dem in 1B dadurch unterscheiden, dass er die Schalter SW2A und SW2B umfassen kann, die die Klemme Rx der Sensorzelle 1016 an den Modulatorknoten 1006A bzw. 1006B koppeln können. Ferner kann ein Rücklaufteilabschnitt 1002 gemäß einem achtphasigen induktiven Abtastbetrieb, wie oben erwähnt, arbeiten. Der Schalter SW0 kann durch ein Signal Ph0/Ph5/Ph6/Ph7 gesteuert werden, um den ersten Sensorknoten Tx an VDDA zu koppeln. Der Schalter SW1 kann durch die Signale Ph0/Ph3/Ph5 gesteuert werden, um den Sensorknoten Rx an Masse zu koppeln. Der Schalter SW3 kann durch die Signale Ph1/Ph4/Ph7 gesteuert werden, um Rx an VDDA zu koppeln. Der Schalter SW4 kann durch die Signale Ph1/Ph2/Ph3/Ph4 gesteuert werden, um Tx an Masse zu koppeln. SW2A kann durch das Signal Ph2 gesteuert werden, um Rx an den Modulatorknoten 1006A zu koppeln. SW2B kann durch das Signal Ph6 gesteuert werden, um Rx an den Modulatorknoten 1006B zu koppeln.A return section 1002 may differ from that in 1B in that it may include switches SW2A and SW2B that may couple the Rx pin of sensor cell 1016 to modulator nodes 1006A and 1006B, respectively. Furthermore, a retrace section 1002 may operate according to an eight-phase inductive sampling operation as mentioned above. The switch SW0 can be controlled by a signal Ph0/Ph5/Ph6/Ph7 to couple the first sensor node Tx to VDDA. Switch SW1 can be controlled by signals Ph0/Ph3/Ph5 to couple sensor node Rx to ground. Switch SW3 can be controlled by signals Ph1/Ph4/Ph7 to couple Rx to VDDA. Switch SW4 can be controlled by signals Ph1/Ph2/Ph3/Ph4 to couple Tx to ground. SW2A can be controlled by signal Ph2 to couple Rx to modulator node 1006A. SW2B can be controlled by signal Ph6 to couple Rx to modulator node 1006B.

Ein Ausgleichsteilabschnitt 1004A kann sich von dem in 1B dadurch unterscheiden, dass er die analogen Schalter SW5, SW7A, SW7B und SW8 umfassen kann. SW5 kann durch ein Signal Ph1_mod gesteuert werden, um Ca an VDDA zu koppeln. SW8 kann durch ein Signal Ph0_mod gesteuert werden, um Ca an Masse zu koppeln. SW7A kann durch ein Signal Ph0_mod_fb gesteuert werden, um Cb an den Modulatorknoten 1006A zu koppeln. SW7B kann durch ein Signal Ph1_mod_fb gesteuert werden, um Cb an den Modulatorknoten 1006B zu koppeln. Ein Ausgleichsteilabschnitt 1004A kann einen ersten Ausgleichsstrom Ibal_sn erzeugen, der in Ph2 eines Abtastbetriebs Strom von dem Modulatorknoten 1006A abnimmt, und kann einen zweiten Ausgleichsstrom Ibal_sc erzeugen, der in Ph6 eines Abtastbetriebs dem Modulatorknoten 1006B Strom einspeist. Wie in den obigen Ausführungsformen sind solche Ausgleichsströme (lbal_sn, Ibal_sc) vom Modulator-Ausgangsbitstream 1012 abhängig.A balance section 1004A may differ from that in 1B differ in that it may include analog switches SW5, SW7A, SW7B and SW8. SW5 can be controlled by a signal Ph1_mod to couple Ca to VDDA. SW8 can be controlled by a signal Ph0_mod to couple Ca to ground. SW7A can be controlled by a signal Ph0_mod_fb to couple Cb to modulator node 1006A. SW7B can be controlled by a signal Ph1_mod_fb to connect Cb to the to couple modulator node 1006B. A balancing section 1004A may generate a first balancing current Ibal_sn, which sinks current from the modulator node 1006A in Ph2 of a sampling operation, and may generate a second balancing current Ibal_sc, which sources current to the modulator node 1006B in Ph6 of a sampling operation. As in the above embodiments, such balance currents (lbal_sn, Ibal_sc) are dependent on the modulator 1012 output bitstream.

Ein Modulatorabschnitt 1005 kann sich von dem in 1B dadurch unterscheiden, dass ein erster Modulatorknoten 1006A an einen nicht invertierenden Eingang des Komparators 1008 gekoppelt werden kann, während ein zweiter Modulatorknoten 1006B an einen invertierenden Eingang des Komparators 1008 gekoppelt werden kann. Der Modulatorknoten 1006A kann eine erste Modulatorkapazität CmodA aufweisen. Der Modulatorknoten 1006B kann eine zweite Modulatorkapazität CmodB aufweisen.A modulator section 1005 may differ from that in 1B differ in that a first modulator node 1006A can be coupled to a non-inverting input of the comparator 1008 while a second modulator node 1006B can be coupled to an inverting input of the comparator 1008. The modulator node 1006A may have a first modulator capacitance CmodA. The modulator node 1006B may have a second modulator capacitance CmodB.

Der digitale Sequenzer 1015 kann die verschiedenen Signale zur Steuerung der Vorrichtung 1000 gemäß der achtphasigen Abtastsequenz erzeugen. Die Rückkopplungslogik 1014 kann die Rückkopplungssignale Ph0_mod_fb und Ph1_mod_fb wie hierin beschrieben und Äquivalente erzeugen.The digital sequencer 1015 can generate the various signals for controlling the device 1000 according to the eight-phase sampling sequence. Feedback logic 1014 may generate feedback signals Ph0_mod_fb and Ph1_mod_fb as described herein and equivalents.

Im Betrieb kann die pseudodifferentielle induktive Abtastvorrichtung 1000 versuchen, eine Gleichtaktspannung an Eingängen des Komparators 1008 auf VDDA/2 zu halten. Dementsprechend können Ausführungsformen Initialisierungs- und/oder Entzerrerschaltungen umfassen, die Eingänge des Komparators 1008 auf VDDA/2 vorladen. Der Ausgleichsteilabschnitt 1004 kann so gestaltet sein, dass eine differentielle Spannung zwischen den Modulatoreingängen VmodA und VmodB auf null Volt gehalten wird.In operation, the pseudo differential inductive sampling device 1000 may attempt to maintain a common mode voltage at inputs of the comparator 1008 at VDDA/2. Accordingly, embodiments may include initialization and/or equalization circuitry that precharges inputs of comparator 1008 to VDDA/2. Compensation section 1004 may be designed to maintain a differential voltage between modulator inputs VmodA and VmodB at zero volts.

10B ist ein schematisches Diagramm einer induktiven Abtastvorrichtung 1000B, die eine pseudodifferentielle Abtastung gemäß einer weiteren Ausführungsform nutzt. Eine Vorrichtung 1000B kann Elemente wie die in 10A umfassen und solche gleichen Elemente können auf dieselbe allgemeine Art und Weise arbeiten. 10B 10 is a schematic diagram of an inductive sensing device 1000B utilizing pseudo-differential sensing according to another embodiment. A device 1000B may include elements such as those in 10A and such same elements can operate in the same general manner.

10B kann sich von 10A dadurch unterscheiden, dass ein Ausgleichsteilabschnitt 1004B die Digital-zu-Analog-Stromwandler (iDACs) 1027sc und 1027sn nutzen kann, um Ausgleichsströme zu erzeugen. Die iDACs 1027sc/sn sind programmierbar, um Ströme basierend auf den DAC-Codes Icod_sc bzw. Icode_sn bereitzustellen. In der gezeigten Ausführungsform kann der iDAC 1027sn durch den Betrieb des Timing-Signals Ph0_mod_fb durch den SW7A an den Modulatorknoten 1006A gekoppelt werden, um den Ausgleichsstrom Ibal_sn von dem Modulatorknoten 1006A abzunehmen. 10B can differ from 10A differ in that a balancing section 1004B may utilize digital-to-analog current converters (iDACs) 1027sc and 1027sn to generate balancing currents. The 1027sc/sn iDACs are programmable to provide streams based on the DAC codes Icod_sc and Icode_sn, respectively. In the embodiment shown, iDAC 1027sn may be coupled to modulator node 1006A by operation of timing signal Ph0_mod_fb through SW7A to derive balancing current Ibal_sn from modulator node 1006A.

Durch den Betrieb des Timing-Signals Ph1_mod_fb kann der iDAC 1027sc durch den SW7B an den Modulatorknoten 1006B gekoppelt werden, um dem Modulatorknoten 1006B Ausgleichsstrom Ibal_sc einzuspeisen.Operation of timing signal Ph1_mod_fb allows iDAC 1027sc to be coupled to modulator node 1006B through SW7B to inject balancing current Ibal_sc to modulator node 1006B.

Es versteht sich, dass in allen der hierin offenbarten Ausführungsformen iDACs zur Erzeugung von Ausgleichsströmen und/oder Referenzströmen anstelle von Schaltkondensatorschaltungen verwendet werden können.It should be understood that in all of the embodiments disclosed herein, iDACs can be used to generate transient currents and/or reference currents instead of switched capacitor circuits.

11A bis 11H stellen eine Reihe von Diagrammen dar, die Abtastphasen für induktives Abtasten gemäß einer pseudodifferentiellen Ausführungsform, einschließlich der in 10A und 10B gezeigten, zeigen. 11A until 11H represent a series of diagrams depicting sampling phases for inductive sampling according to a pseudo-differential embodiment, including the in 10A and 10B shown, show.

11A zeigt eine erste Phase (Ph0), die eine erste Erregungsphase sein kann. In Ph0 kann durch den Betrieb eines oder mehrerer Schalter (z. B. SW0, SW1) die Klemme A an VDDA gekoppelt werden. Gleichzeitig kann die Klemme B an Masse gekoppelt werden. 11A shows a first phase (Ph0), which may be a first excitation phase. In Ph0, operation of one or more switches (e.g., SW0, SW1) can couple terminal A to VDDA. At the same time, terminal B can be coupled to ground.

11B zeigt eine zweite Phase (Ph1), die eine optionale Energierückgewinnungsphase sein kann. In Ph1 kann durch den Betrieb von Schaltern (z. B. SW3 und SW4) die Klemme A an Masse gekoppelt werden, während die Klemme B an VDDA gekoppelt werden kann. 11B shows a second phase (Ph1), which can be an optional energy recovery phase. In Ph1, through the operation of switches (e.g., SW3 and SW4), terminal A can be coupled to ground while terminal B can be coupled to VDDA.

11C zeigt eine dritte Phase (Ph2), die eine erste Ladungsakkumulationsphase sein kann. In Ph2 kann durch den Betrieb von Schaltern (z. B. SW2A, SW4) die Klemme B an eine erste Modulatorkapazität (CmodA) gekoppelt werden und die Klemme A kann an Masse gekoppelt werden, um einen Rücklaufstrom aus Ls zu induzieren. Aufgrund des Rücklaufstroms (Isen_sc) kann auf CmodA Ladung akkumulieren. 11C shows a third phase (Ph2), which may be a first charge accumulation phase. In Ph2, through the operation of switches (e.g., SW2A, SW4), the B terminal can be coupled to a first modulator capacitance (CmodA) and the A terminal can be coupled to ground to induce a flyback current from Ls. Charge can accumulate on CmodA due to flyback current (Isen_sc).

11D zeigt eine vierte Phase (Ph3), die eine optionale Leerlaufphase sein kann. In Ph3 können durch den Betrieb von Schaltern (z. B. SW1 und SW4) die Klemmen A und B an Masse gekoppelt werden. 11D shows a fourth phase (Ph3), which can be an optional idle phase. In Ph3, operation of switches (e.g. SW1 and SW4) allows terminals A and B to be coupled to ground.

11E zeigt eine fünfte Phase (Ph4), die eine zweite Erregungsphase sein kann. In Ph4 kann durch den Betrieb eines oder mehrerer Schalter (z. B. SW3, SW4) die Klemme B an VDDA gekoppelt werden und die Klemme A kann an Masse gekoppelt werden, um Ls zu erregen. 11E shows a fifth phase (Ph4), which may be a second phase of excitation. In Ph4, operation of one or more switches (e.g., SW3, SW4) can couple terminal B to VDDA and couple terminal A to ground to energize Ls.

11F zeigt eine sechste Phase (Ph5), die eine optionale Energierückgewinnungsphase sein kann. In Ph5 kann durch den Betrieb von Schaltern (z. B. SW0, SW1) die Klemme A an VDDA gekoppelt werden, während die Klemme B an Masse gekoppelt werden kann. 11F shows a sixth phase (Ph5), which can be an optional energy recovery phase. In Ph5, through the operation of switches (e.g., SW0, SW1), terminal A can be coupled to VDDA while terminal B can be coupled to ground.

11G zeigt eine siebte Phase (Ph6), die eine zweite Ladungsakkumulationsphase sein kann. In Ph6 kann durch den Betrieb von Schaltern (z. B. SW0, SW2B) die Klemme B an eine zweite Modulatorkapazität (CmodB) gekoppelt werden und die Klemme A kann an VDDA gekoppelt werden, um einen Rücklaufstrom aus Ls zu induzieren. Aufgrund des Rücklaufstroms (Isen_sn) kann Strom aus CmodB gezogen werden. 11G shows a seventh phase (Ph6), which may be a second charge accumulation phase. In Ph6, through the operation of switches (e.g., SW0, SW2B), the B terminal can be coupled to a second modulator capacitance (CmodB) and the A terminal can be coupled to VDDA to induce a flyback current from Ls. Current can be drawn from CmodB due to flyback current (Isen_sn).

11H zeigt eine achte Phase (Ph7), die eine optionale Leerlaufphase sein kann. In Ph7 können durch den Betrieb von Schaltern (z. B. SW0, SW3) die Klemmen A und B an VDDA gekoppelt werden. 11H shows an eighth phase (Ph7), which can be an optional idle phase. In Ph7, by operating switches (e.g. SW0, SW3), terminals A and B can be coupled to VDDA.

Mit Bezug auf 12 ist ein Zeitdiagramm für Betriebe von Vorrichtungen wie die in 10A/B gezeigt. Das Zeitdiagramm zeigt: die verschiedenen Abtastphasen Ph0, Ph2, Ph3, Ph4, Ph6, Ph7; eine Induktorspannung VLs; einen Induktorstrom ILs; einen resultierenden ersten Rücklaufstrom Isen_sc an einem ersten Modulatorknoten; einen resultierenden zweiten Rücklaufstrom Isen_sn an einem zweiten Modulatorknoten; eine differentielle Spannung über dem ersten und zweiten Modulatorknoten; und einen resultierenden Bitstream. Es wird darauf hingewiesen, dass 12 Betriebe zeigt, die keine optionalen Energierückgewinnungsphasen Ph1 und Ph5 umfassen.Regarding 12 12 is a timing chart for operations of devices like those in FIG 10A/B shown. The timing diagram shows: the different sampling phases Ph0, Ph2, Ph3, Ph4, Ph6, Ph7; an inductor voltage VLs; an inductor current ILs; a resulting first flyback current Isen_sc at a first modulator node; a resulting second flyback current Isen_sn at a second modulator node; a differential voltage across the first and second modulator nodes; and a resulting bitstream. It is noted that 12 shows operations that do not include optional energy recovery phases Ph1 and Ph5.

Die verschiedenen Phasen verstehen sich aus den 11A bis 11H.The different phases can be understood from the 11A until 11H .

In einer Ausführungsform wie der in 10A/B kann die akkumulierte Ladung auf den Modulatorkapazitäten CmodA und CmodB durch die mit dem Schaltkondensator Cref in einem Ausgleichsteilabschnitt (z. B. 1004A/B) erzeugte Ladung ausgeglichen werden.In an embodiment like that in 10A/B For example, the accumulated charge on the modulator capacitances CmodA and CmodB can be balanced by the charge generated with the fly capacitor Cref in a balancing section (e.g., 1004A/B).

Die Gleichgewichtsbedingung kann wie folgt angegeben werden: Q ph2_max + Q ph6_max < 2 V DDA C ref N b_min

Figure DE102021132516A1_0017
Qph2_max ist die maximale Ladung, die im Abtastzyklus Ph2 erzeugt werden kann. QPh6_max ist die maximale Ladung, die im Abtastzyklus Ph6 erzeugt werden kann. Nb_min kann die erforderliche Minimummenge an Fmod-Zyklen sein, um einen Ausgleich zu erreichen. Ein Unterschied zwischen einer einendigen und einer pseudodifferentiellen Konfiguration lässt sich anhand der Werte für Qph2 und Qph6 nachvollziehen. Der Isen-Strom wechselt während dieser Phasen das Vorzeichen, weil ein durch einen Ausgleichsstrom (Ibal) verursachter Einstellbetrieb einen Modulationsknoten von VDDA/2 weg treibt. Insbesondere kann in Ph2 ein Einstellprozess dazu neigen, eine VmodA-Spannung hin zur Masse zu ziehen. In Ph6 kann ein Einstellprozess dazu neigen, VmodB hin zu VDDA zu treiben. Das bedeutet, dass sich Qph2 und Qph6 während der Ph2- und Ph6-Zeiträume abwechseln können. Diese Eigenschaft kann die Dauer der Ph2- und Ph6-Zeiträume einschränken, wie sich aus der Induktivität-zu-Code-Übertragungsfunktion ergibt, die wie folgt angegeben werden kann: D x = 3 2 R s 2 C r e f N b _ m i n ( 1 e R S L S T p h 2 ) L S T p h 2 2 R S C r e f N b _ m i n .
Figure DE102021132516A1_0018
The equilibrium condition can be stated as follows: Q ph2_max + Q ph6_max < 2 V DDA C ref N b_min
Figure DE102021132516A1_0017
Q ph2_max is the maximum charge that can be generated in sampling cycle Ph2. Q Ph6_max is the maximum charge that can be generated in sampling cycle Ph6. N b_min may be the required minimum amount of Fmod cycles to achieve balance. A difference between a single-ended and a pseudo-differential configuration can be understood from the values for Qph2 and Qph6. The Isen current changes sign during these phases because a settling operation caused by a transient current (Ibal) drives a modulation node away from VDDA/2. In particular, in Ph2, an adjustment process may tend to pull a VmodA voltage toward ground. In Ph6, an adjustment process may tend to drive VmodB towards VDDA. This means that Qph2 and Qph6 can alternate during the Ph2 and Ph6 periods. This property can limit the duration of the Ph2 and Ph6 periods as follows from the inductance-to-code transfer function, which can be given as: D x = 3 2 R s 2 C right e f N b _ m i n ( 1 e R S L S T p H 2 ) L S T p H 2 2 R S C right e f N b _ m i n .
Figure DE102021132516A1_0018

13 ist ein schematisches Diagramm einer induktiven Abtastvorrichtung 1300 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Eine Abtastvorrichtung 1300 kann durch Verwendung eines kapazitiven Teilers 1320 eine differentielle Abtastung ohne die Phasendauereinschränkungen wie oben erwähnt einsetzen. Die Abtastvorrichtung 1300 kann Elemente wie die in 10A umfassen und solche gleichen Elemente können auf dieselbe allgemeine Art und Weise arbeiten. 13 13 is a schematic diagram of an inductive scanning device 1300 according to another embodiment. A sampling device 1300 can employ differential sampling without the phase duration limitations mentioned above by using a capacitive divider 1320 . The scanner 1300 may include elements such as those in 10A and such same elements can operate in the same general manner.

Eine Abtastvorrichtung 1300 kann sich von der in 10A dadurch unterscheiden, dass ein Rücklaufteilabschnitt 1302 einen Kapazitätsteiler 1320 anstelle der Schalter SW0 und SW4 umfassen kann. Der Kapazitätsteiler 1320 kann eine Teilerkapazität Cd1 und einen Teilerwiderstand Rd1, die in Reihe zwischen VDDA und dem Knoten Tx angeordnet sind, sowie eine Teilerkapazität Cd2 und einen Teilerwiderstand Rd2, die in Reihe zwischen dem Knoten Tx und Masse angeordnet sind, umfassen.A scanner 1300 may differ from that in 10A differ in that a flyback section 1302 may include a capacitance divider 1320 in place of switches SW0 and SW4. The capacitance divider 1320 may include a dividing capacitance Cd1 and a dividing resistor Rd1 arranged in series between VDDA and node Tx, and a dividing capacitance Cd2 and a dividing resistor Rd2 arranged in series between node Tx and ground.

14A bis 14D stellen eine Reihe von Diagrammen dar, die Abtastphasen für induktives Abtasten gemäß einer pseudodifferentiellen Ausführungsform, einschließlich der in 13 gezeigten, zeigen. Durch den Betrieb eines Spannungsteilers kann eine Sensorknotenklemme A auf einer Spannung zwischen VDDA und Masse gehalten werden, in diesem Fall VDDA/2. 14A until 14D represent a series of diagrams depicting sampling phases for inductive sampling according to a pseudo-differential embodiment, including the in 13 shown, show. By operating a voltage divider, a sensor node terminal A can be maintained at a voltage between VDDA and ground, in this case VDDA/2.

14A zeigt eine erste Phase (Ph0), die eine erste Erregungsphase sein kann. In Ph0 kann durch den Betrieb eines oder mehrerer Schalter (z. B. SW1) die Klemme B an Masse gekoppelt werden, während die Klemme A an VDDA/2 gekoppelt ist, um die Sensorinduktivität Ls zu erregen. 14A shows a first phase (Ph0), which may be a first excitation phase. In Ph0, operation of one or more switches (e.g., SW1) allows terminal B to be coupled to ground while terminal A is coupled to VDDA/2 to excite sensor inductor Ls.

14B zeigt eine zweite Phase (Ph1), die eine erste Ladungsakkumulationsphase sein kann. In Ph1 kann durch den Betrieb von Schaltern (z. B. SW2A) die Klemme B an eine erste Modulatorkapazität (CmodA) gekoppelt werden, während die Klemme A an VDDA/2 bleibt. Dies kann einen ersten Rücklaufstrom mit Ls induzieren. Aufgrund des Rücklaufstroms (Isen_sc) kann Ladung auf CmodA akkumulieren. 14B shows a second phase (Ph1), which may be a first charge accumulation phase. In Ph1, the operation of switches (e.g., SW2A) allows the B terminal to be coupled to a first modulator capacitance (CmodA) while the A terminal remains at VDDA/2. This can induce a first flyback current with Ls. Charge can accumulate on CmodA due to flyback current (Isen_sc).

14C zeigt eine dritte Phase (Ph2), die eine zweite Erregungsphase sein kann. In Ph0 kann durch den Betrieb eines oder mehrerer Schalter (z. B. SW3) die Klemme B an VDDA gekoppelt werden, während die Klemme A an VDDA/2 bleibt. Dies kann die Sensorinduktivität Ls erregen. 14C shows a third phase (Ph2), which may be a second excitation phase. In Ph0, operation of one or more switches (e.g., SW3) allows terminal B to be coupled to VDDA while terminal A remains at VDDA/2. This can excite the sensor inductance Ls.

14D zeigt eine vierte Phase (Ph3), die eine zweite Ladungsakkumulationsphase sein kann. In Ph3 kann durch den Betrieb von Schaltern (z. B. SW2B) die Klemme B an eine zweite Modulatorkapazität (CmodB) gekoppelt werden, während die Klemme A an VDDA/2 bleibt. Dies kann einen zweiten Rücklaufstrom mit Ls induzieren, der dem von Ph1 entgegengesetzt ist. Aufgrund des Rücklaufstroms kann Ladung aus CmodB gezogen werden. 14D shows a fourth phase (Ph3), which may be a second charge accumulation phase. In Ph3, the operation of switches (e.g., SW2B) allows the B terminal to be coupled to a second modulator capacitance (CmodB), while the A terminal remains at VDDA/2. This can induce a second flyback current with Ls opposite to that of Ph1. Charge can be drawn from CmodB due to the flyback current.

In einigen Ausführungsformen kann zwischen den Phasen Ph0 und Ph1 und/oder zwischen den Phasen Ph2 und Ph3 ein Energierückgewinnungszeitraum eingefügt werden.In some embodiments, an energy recovery period may be inserted between phases Ph0 and Ph1 and/or between phases Ph2 and Ph3.

Mit Bezug auf 15 ist ein Zeitdiagramm für den Betrieb einer Vorrichtung wie der in 13 gezeigt. Das Zeitdiagramm zeigt: die verschiedenen Abtastphasen Ph0-Ph3; eine Induktorspannung VLs; einen Induktorstrom ILs; einen resultierenden ersten abgetasteten Strom Isen_sc; einen resultierenden zweiten abgetasteten Strom Isen_sn; eine differentielle Spannung über den Modulationsknoten; und einen resultierenden Bitstream.Regarding 15 is a timing diagram for the operation of a device like that in 13 shown. The timing diagram shows: the different sampling phases Ph0-Ph3; an inductor voltage VLs; an inductor current ILs; a resulting first sampled current Isen_sc; a resulting second sampled current Isen_sn; a differential voltage across the modulation node; and a resulting bitstream.

Die verschiedenen Phasen sind aus den 14A bis 14D ersichtlich.The different phases are from the 14A until 14D apparent.

16A ist ein schematisches Diagramm einer induktiven Abtastvorrichtung 1600A gemäß einer weiteren Ausführungsform. Eine Abtastvorrichtung 1600A kann eine Sensorinduktivität über differentielle Modulatorknoten koppeln. Die Abtastvorrichtung 1600A kann Elemente wie die in 13 umfassen, und solche gleichen Elemente können auf dieselbe Art und Weise arbeiten. 16A 16 is a schematic diagram of an inductive scanning device 1600A according to another embodiment. A sensing device 1600A may couple a sensor inductance across differential modulator nodes. The scanner 1600A may include elements such as those in 13 include, and such same elements can work in the same way.

Eine Sensoreinrichtung 1600A kann sich von der in 13 dadurch unterscheiden, dass ein Rücklaufteilabschnitt 1602A ferner analoge Schalter SW0, SW4 umfassen kann und SW2 und SW16 anstelle von SW2A und SW2B umfassen kann. SW0 kann durch die Signale Ph0/Ph5/Ph7 gesteuert werden, um den Knoten Tx an VDDA zu koppeln. SW4 kann durch die Signale Ph1/Ph3/Ph4 gesteuert werden, um den Knoten Tx an Masse zu koppeln. SW2 kann durch die Signale Ph2/Ph6 gesteuert werden, um den Knoten Rx an den Modulatorknoten 1606A zu koppeln. SW16 kann durch die Signale Ph2/Ph6 gesteuert werden, um Tx an den Modulatorknoten 1606B zu koppeln. In einer Phase (d. h. Ph2) eines Abtastbetriebs kann ein induktiver Sensor 1616 über die Modulatorknoten 1606A/B gekoppelt werden, um einen Rücklaufstrom in einer Richtung zu induzieren. In einer weiteren Phase (d. h. Ph6) eines Abtastbetriebs kann der induktive Sensor 1616 über die Modulatorknoten 1606A/B gekoppelt werden und einen Rücklaufstrom in die entgegengesetzte Richtung induzieren.A sensor device 1600A can differ from the 13 differ in that a flyback section 1602A may further include analog switches SW0, SW4, and may include SW2 and SW16 instead of SW2A and SW2B. SW0 can be controlled by signals Ph0/Ph5/Ph7 to couple node Tx to VDDA. SW4 can be controlled by signals Ph1/Ph3/Ph4 to couple node Tx to ground. SW2 can be controlled by signals Ph2/Ph6 to couple node Rx to modulator node 1606A. SW16 can be controlled by signals Ph2/Ph6 to couple Tx to modulator node 1606B. In one phase (ie, Ph2) of a sampling operation, an inductive sensor 1616 may be coupled across modulator nodes 1606A/B to induce a flyback current in one direction. In another phase (ie, Ph6) of a sensing operation, inductive sensor 1616 may couple across modulator nodes 1606A/B and induce a flyback current in the opposite direction.

16B ist ein schematisches Diagramm einer induktiven Abtastvorrichtung 1600B gemäß einer weiteren Ausführungsform. Eine Abtastvorrichtung 1600B kann in verschiedenen Konfigurationen eine Sensorinduktivität über differentielle Modulatorknoten koppeln. Die Abtastvorrichtung 1600B kann Elemente wie die in 16A umfassen und solche gleichen Elemente können auf dieselbe allgemeine Art und Weise arbeiten. 16B 16 is a schematic diagram of an inductive scanning device 1600B according to another embodiment. A scanner 1600B can, in various configurations, include a sen couple inductance via differential modulator nodes. The scanner 1600B may include elements such as those in 16A and such same elements can operate in the same general manner.

Eine Abtastvorrichtung 1600B kann sich von der in 16A dadurch unterscheiden, dass ein Rücklaufteilabschnitt 1602B die analogen Schalter SW2A/B anstelle von SW2 und die Schalter 16A/B anstelle von SW16 umfassen kann. SW2A kann durch das Signal Ph2 gesteuert werden, um den Knoten Rx an den Modulatorknoten 1606A zu koppeln. SW2B kann durch das Signal Ph6 gesteuert werden, um den Knoten Rx an den Modulatorknoten 1606B zu koppeln. SW16A kann durch das Signal Ph6 gesteuert werden, um den Knoten Tx an den Modulatorknoten 1606A zu koppeln. SW16B kann durch das Signal Ph2 gesteuert werden, um den Knoten Tx an den Modulatorknoten 1606B zu koppeln. In einer Phase (d. h. Ph2) eines Abtastbetriebs kann ein induktiver Sensor 1616 in einer ersten Konfiguration über die Modulatorknoten 1606A/B gekoppelt werden, sodass ein Rücklaufstrom in eine Richtung in Bezug auf den ersten und zweiten Modulatorknoten 1606A/B fließt. In einer weiteren Phase (d. h. Ph6) eines Abtastbetriebs kann ein induktiver Sensor 1616 in einer zweiten Konfiguration über die Modulatorknoten 1606A/B gekoppelt werden, sodass ein Rücklaufstrom in eine entgegengesetzte Richtung in Bezug auf den ersten und zweiten Modulatorknoten 1606A/B fließt.A scanner 1600B may differ from the one shown in 16A differ in that a flyback section 1602B may include analog switches SW2A/B instead of SW2 and switches 16A/B instead of SW16. SW2A can be controlled by signal Ph2 to couple node Rx to modulator node 1606A. SW2B can be controlled by signal Ph6 to couple node Rx to modulator node 1606B. SW16A can be controlled by signal Ph6 to couple node Tx to modulator node 1606A. SW16B can be controlled by signal Ph2 to couple node Tx to modulator node 1606B. In a phase (ie, Ph2) of a sensing operation, an inductive sensor 1616 may be coupled in a first configuration across the modulator nodes 1606A/B such that a flyback current flows in a direction relative to the first and second modulator nodes 1606A/B. In another phase (ie, Ph6) of a sensing operation, an inductive sensor 1616 may be coupled in a second configuration across the modulator nodes 1606A/B such that a flyback current flows in an opposite direction with respect to the first and second modulator nodes 1606A/B.

17A bis 17H stellen eine Reihe von Diagrammen dar, die Abtastphasen für einen induktiven Abtastbetrieb gemäß einer Ausführungsform wie der von 16A zeigen. 17A until 17H FIG. 12 is a series of diagrams showing sampling phases for an inductive sampling operation according to an embodiment like that of FIG 16A demonstrate.

17A zeigt eine erste Phase (Ph0), die eine erste Erregungsphase sein kann. In Ph0 kann durch den Betrieb eines oder mehrerer Schalter (z. B. SW0, SW1) die Klemme A an VDDA gekoppelt werden und die Klemme B kann an Masse gekoppelt werden, um Ls zu erregen. 17A shows a first phase (Ph0), which may be a first excitation phase. In Ph0, through operation of one or more switches (e.g., SW0, SW1), terminal A can be coupled to VDDA and terminal B can be coupled to ground to energize Ls.

17B zeigt eine zweite Phase (Ph1), die eine optionale Energierückgewinnungsphase sein kann. In Ph1 kann durch den Betrieb von Schaltern (z. B. SW3, SW4) die Klemme A an Masse gekoppelt werden, während die Klemme B an VDDA gekoppelt werden kann. 17B shows a second phase (Ph1), which can be an optional energy recovery phase. In Ph1, through the operation of switches (e.g., SW3, SW4), terminal A can be coupled to ground while terminal B can be coupled to VDDA.

17C zeigt eine dritte Phase (Ph2), die eine erste Ladungsakkumulationsphase sein kann. In Ph2 kann durch den Betrieb von Schaltern (z. B. SW2, SW16) die Klemme B an eine erste Modulatorkapazität (CmodA) gekoppelt werden und die Klemme A kann an eine zweite Modulatorkapazität (CmodB) gekoppelt werden. Dies kann einen Rücklaufstrom aus Ls induzieren. Aufgrund des Rückstroms (Isen_sc) kann Ladung auf CmodA akkumulieren und aus CmodB entladen. 17C shows a third phase (Ph2), which may be a first charge accumulation phase. In Ph2, through operation of switches (e.g., SW2, SW16), terminal B can be coupled to a first modulator capacitance (CmodA) and terminal A can be coupled to a second modulator capacitance (CmodB). This can induce a flyback current from Ls. Due to reverse current (Isen_sc), charge can accumulate on CmodA and discharge from CmodB.

17D zeigt eine vierte Phase (Ph3), die eine optionale Leerlaufzeit sein kann. In Ph2 können durch den Betrieb von Schaltern (z. B. SW1, SW4) die Klemmen A und B an Masse gekoppelt werden. 17D shows a fourth phase (Ph3) which may be an optional idle time. In Ph2, operation of switches (e.g. SW1, SW4) allows terminals A and B to be coupled to ground.

17E zeigt eine fünfte Phase (Ph4), die eine zweite Erregungsphase sein kann. In Ph4 kann durch den Betrieb eines oder mehrerer Schalter (z. B. SW3, SW4) die Klemme A an Masse gekoppelt werden, während die Klemme B an VDD gekoppelt werden kann. 17E shows a fifth phase (Ph4), which may be a second phase of excitation. In Ph4, operation of one or more switches (e.g., SW3, SW4) allows terminal A to be coupled to ground while terminal B may be coupled to VDD.

17F zeigt eine sechste Phase (Ph5), die eine optionale Energierückgewinnungsphase sein kann. In Ph5 kann durch den Betrieb von Schaltern (z. B. SW0, SW1) die Klemme A an VDD gekoppelt werden, während die Klemme B an Masse gekoppelt werden kann. 17F shows a sixth phase (Ph5), which can be an optional energy recovery phase. In Ph5, through the operation of switches (e.g., SW0, SW1), terminal A can be coupled to VDD while terminal B can be coupled to ground.

17G zeigt eine siebte Phase (Ph6), die eine zweite Ladungsakkumulationsphase sein kann. In Ph6 kann durch den Betrieb von Schaltern (z. B. SW2, SW16) die Klemme B an eine erste Modulatorkapazität (CmodA) gekoppelt werden und die Klemme A kann an eine zweite Modulatorkapazität (CmodB) gekoppelt werden. Dies kann einen Rücklaufstrom aus Ls induzieren, der dem von Ph2 entgegengesetzt ist. Aufgrund des Rückstroms (Isen_sn) kann Ladung auf CmodB akkumulieren und aus CmodA entladen. 17G shows a seventh phase (Ph6), which may be a second charge accumulation phase. In Ph6, through operation of switches (e.g., SW2, SW16), terminal B can be coupled to a first modulator capacitance (CmodA) and terminal A can be coupled to a second modulator capacitance (CmodB). This can induce a reverse current from Ls to reverse that from Ph2. Due to the reverse current (Isen_sn), charge can accumulate on CmodB and discharge from CmodA.

17H zeigt eine achte Phase (Ph7), die eine optionale Leerlaufzeit sein kann. In Ph7 können durch den Betrieb von Schaltern (z. B. SW0, SW3) die Klemmen A und B an VDDA gekoppelt werden. 17H shows an eighth phase (Ph7), which may be an optional idle time. In Ph7, by operating switches (e.g. SW0, SW3), terminals A and B can be coupled to VDDA.

Ein ausgeglichener Zustand kann erreicht werden, wenn ein maximaler Ausgleichsstrom höher ist als ein maximaler Abtaststrom.A balanced condition can be achieved when a maximum transient current is higher than a maximum sense current.

17I bis 17O stellen eine Reihe von Diagrammen dar, die Abtastphasen für einen induktiven Abtastbetrieb gemäß einer Ausführungsform wie der von 16B zeigen. 17I until 17O FIG. 12 is a series of diagrams showing sampling phases for an inductive sampling operation according to an embodiment like that of FIG 16B demonstrate.

17I zeigt eine erste Phase (Ph0), die eine erste Erregungsphase sein kann. In Ph0 kann durch den Betrieb eines oder mehrerer Schalter (z. B. SW0, SW1) die Klemme A an VDDA gekoppelt werden und die Klemme B kann an Masse gekoppelt werden, um Ls zu erregen. 17I shows a first phase (Ph0), which may be a first excitation phase. In Ph0, through operation of one or more switches (e.g., SW0, SW1), terminal A can be coupled to VDDA and terminal B can be coupled to ground to energize Ls.

17J zeigt eine zweite Phase (Ph1), die eine optionale Energierückgewinnungsphase sein kann. In Ph1 kann durch den Betrieb von Schaltern (z. B. SW3, SW4) die Klemme A an Masse gekoppelt werden, während die Klemme B an VDDA gekoppelt werden kann. 17y shows a second phase (Ph1), which can be an optional energy recovery phase. In Ph1, through the operation of switches (e.g., SW3, SW4), terminal A can be coupled to ground while terminal B can be coupled to VDDA.

17K zeigt eine dritte Phase (Ph2), die eine erste Ladungsakkumulationsphase sein kann. In Ph2 kann durch den Betrieb von Schaltern (z. B. SW2A, SW16B) die Klemme B an eine erste Modulatorkapazität (CmodA) gekoppelt werden und die Klemme A kann an eine zweite Modulatorkapazität (CmodB) gekoppelt werden. Dies kann einen Rücklaufstrom aus Ls induzieren. Aufgrund des Rückstroms (Isen_sc) kann Ladung auf CmodA akkumulieren und aus CmodB entladen. 17K shows a third phase (Ph2), which may be a first charge accumulation phase. In Ph2, through operation of switches (e.g., SW2A, SW16B), terminal B can be coupled to a first modulator capacitance (CmodA) and terminal A can be coupled to a second modulator capacitance (CmodB). This can induce a flyback current from Ls. Due to reverse current (Isen_sc), charge can accumulate on CmodA and discharge from CmodB.

17L zeigt eine vierte Phase (Ph3), die eine optionale Leerlaufzeit sein kann. In Ph2 können durch den Betrieb von Schaltern (z. B. SW1, SW4) die Klemmen A und B an Masse gekoppelt werden. 17L shows a fourth phase (Ph3) which may be an optional idle time. In Ph2, operation of switches (e.g. SW1, SW4) allows terminals A and B to be coupled to ground.

17M zeigt eine fünfte Phase (Ph4), die eine zweite Erregungsphase sein kann. In der gezeigten Ausführungsform kann Ph4 mit Ph0 identisch sein. 17M shows a fifth phase (Ph4), which may be a second phase of excitation. In the embodiment shown, Ph4 may be identical to Ph0.

17N zeigt eine sechste Phase (Ph5), die eine optionale Energierückgewinnungsphase sein kann. In der gezeigten Ausführungsform kann Ph5 mit Ph1 identisch sein. 17N shows a sixth phase (Ph5), which can be an optional energy recovery phase. In the embodiment shown, Ph5 may be identical to Ph1.

17O zeigt eine siebte Phase (Ph6), die eine zweite Ladungsakkumulationsphase sein kann. In Ph6 kann durch den Betrieb von Schaltern (z. B. SW2B, SW16A) die Klemme A an eine zweite Modulatorkapazität (CmodB) gekoppelt werden und die Klemme B an eine erste Modulatorkapazität (CmodA) gekoppelt werden. Dies kann einen Rücklaufstrom aus Ls induzieren. Aufgrund des Rückstroms (Isen_sc) kann Ladung auf CmodA akkumulieren und aus CmodB entladen. 17O shows a seventh phase (Ph6), which may be a second charge accumulation phase. In Ph6, through operation of switches (e.g., SW2B, SW16A), terminal A may be coupled to a second modulator capacitance (CmodB) and terminal B may be coupled to a first modulator capacitance (CmodA). This can induce a flyback current from Ls. Due to reverse current (Isen_sc), charge can accumulate on CmodA and discharge from CmodB.

17P zeigt eine siebte Phase (Ph6), die eine optionale Leerlaufzeit sein kann. In der gezeigten Ausführungsform kann Ph6 mit Ph3 identisch sein. 17p shows a seventh phase (Ph6), which can be an optional idle time. In the embodiment shown, Ph6 may be identical to Ph3.

Ausführungen mit pseudodifferentieller Abtastung können Kompensationsteilabschnitte zur Erzeugung von Kompensationsströmen umfassen, wie sie für einseitige Ausführungen beschrieben sind. Eine solche Anordnung ist in 18 gezeigt.Designs with pseudo-differential sampling can include compensation sections for generating compensation currents, as are described for single-ended designs. Such an arrangement is in 18 shown.

18 ist ein schematisches Diagramm einer induktiven Abtastvorrichtung 1800 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Eine Abtastvorrichtung 1800 kann Elemente wie die in 16B umfassen und solche gleichen Elemente können auf dieselbe allgemeine Art und Weise arbeiten. 18 18 is a schematic diagram of an inductive scanning device 1800 according to another embodiment. A scanner 1800 may include elements such as those in 16B and such same elements can operate in the same general manner.

18 unterscheidet sich von 16B dadurch, dass sie einen Kompensationsteilabschnitt 1817 umfassen kann. Der Kompensationsteilabschnitt 1817 kann die Schalter SW17, SW18, SW19A und SW19B umfassen. SW17 kann durch Ph1_mod gesteuert werden, um den Knoten Cc an VDDA zu koppeln. SW18 kann durch Ph0_mod gesteuert werden, um den Knoten Cc an Masse zu koppeln. SW19A kann durch Ph0_mod gesteuert werden, um den Knoten Cd an den ersten Modulatorknoten 1606A zu koppeln. SW19B kann durch Ph1_mod gesteuert werden, um den Knoten Cd an den zweiten Modulatorknoten 1606B zu koppeln. Durch eine Kondensatorschaltaktion kann ein Kompensationsteilabschnitt 1817 einen ersten Kompensationsstrom Icomp_sc erzeugen, der Strom aus dem Modulatorknoten 1806A abnimmt, und einen zweiten Kompensationsstrom Icomp_sn erzeugen, der Strom in den zweiten Modulatorknoten 1806B einspeist. 18 differs from 16B in that it may include a compensation section 1817 . Compensation section 1817 may include switches SW17, SW18, SW19A, and SW19B. SW17 can be controlled by Ph1_mod to couple node Cc to VDDA. SW18 can be controlled by Ph0_mod to couple node Cc to ground. SW19A can be controlled by Ph0_mod to couple node Cd to the first modulator node 1606A. SW19B can be controlled by Ph1_mod to couple node Cd to the second modulator node 1606B. Through a capacitor switching action, a compensation section 1817 may generate a first compensation current Icomp_sc that sinks current from the modulator node 1806A and a second compensation current Icomp_sn that injects current into the second modulator node 1806B.

Es versteht sich, dass ein Ausgleichsteilabschnitt wie der in 18 oder ein Äquivalent davon in jeglicher der hierin offenbarten Ausführungsformen der pseudodifferentiellen Abtastung umfasst sein kann.It is understood that a compensating section like that in 18 or an equivalent thereof may be included in any of the pseudo-differential sampling embodiments disclosed herein.

Ausführungsformen können jegliche geeignete Schaltungsform annehmen, einige Ausführungsformen können jedoch Teile größerer Integrierte-Schaltung(IC)-Vorrichtungen sein, wie Systems-on-Chip (SoCs). 19 ist ein Blockdiagramm einer solchen Ausführungsform.Embodiments may take any suitable circuit form, however, some embodiments may be parts of larger integrated circuit (IC) devices, such as systems-on-chips (SoCs). 19 Figure 12 is a block diagram of one such embodiment.

19 ist ein Blockdiagramm eines Systems 1930 gemäß einer Ausführungsform. Ein System 1930 kann eine IC-Vorrichtung 1932 und eine oder mehrere induktive Sensorzellen (zwei davon als 1916A, 1916B gezeigt) umfassen. Die IC-Vorrichtung 1932 kann eine induktive Abtastvorrichtung sein. In einigen Ausführungsformen kann eine IC-Vorrichtung 1932 programmierbar sein und Konfigurationsdaten aufweisen, die zu einer induktiven Abtastvorrichtung konfiguriert sind. 19 1930 is a block diagram of a system 1930 according to one embodiment. A system 1930 may include an IC device 1932 and one or more inductive sensor cells (two shown as 1916A, 1916B). IC device 1932 may be an inductive sensing device. In some versions For example, an IC device 1932 may be programmable and have configuration data configured into an inductive sensing device.

Die IC-Vorrichtung 1932 kann die analoge Zwischenverbindung 1934, konfigurierbare analoge Schalter 1938 und einen konfigurierbaren analogen Schaltungsblock 1940 aufweisen, die über ein analoges Bussystem 1942 miteinander in Kommunikation stehen. Die IC-Vorrichtung 1932 kann auch konfigurierbare digitale Blöcke 1946 umfassen, die durch ein digitales Bussystem 1944 an konfigurierbare programmierbare analoge Schalter 1938 und konfigurierbare analoge Schaltungsblöcke 1940 gekoppelt werden können.The IC device 1932 may include the analog interconnect 1934 , configurable analog switches 1938 , and a configurable analog circuit block 1940 in communication with each other via an analog bus system 1942 . The IC device 1932 may also include configurable digital blocks 1946 that may be coupled to configurable programmable analog switches 1938 and configurable analog circuit blocks 1940 by a digital bus system 1944 .

Die analoge Zwischenverbindung 1934 kann an externe Anschlüsse (einer als 1907 gezeigt) gekoppelt werden und kann eine aus programmierbaren Anschlüssen ausgebildete Matrix umfassen (ein Abschnitt ist als 1936 gezeigt). Zwischenverbindungen können innerhalb der analogen Zwischenverbindung 1934 mit analogen Konfigurationsdaten 1952 hergestellt werden. Konfigurierbare analoge Schalter 1938 können analoge Schalter umfassen (einer als SWx gezeigt), die durch Signale (PhX_mod_fb, PhX_mod, PhX), die durch einen digitalen Bus bereitgestellt werden, gesteuert werden können. Der konfigurierbare analoge Schaltungsblock 1940 kann verschiedene analoge Schaltungsblöcke umfassen, einschließlich eines oder mehrerer Komparatoren und einer oder mehrerer programmierbarer Kapazitäten (und/oder IDACs). Ein oder mehrere Ausgänge (Vout) der Komparatoren können dem digitalen Bussystem 1944 bereitgestellt werden. Programmierbare Kapazitäten können durch Cap Codes über das digitale Bussystem 1944 programmiert werden.Analog interconnect 1934 may be coupled to external pins (one shown as 1907) and may comprise a matrix formed of programmable pins (a portion shown as 1936). Interconnections can be established within analog interconnect 1934 with analog configuration data 1952 . Configurable analog switches 1938 can include analog switches (one shown as SWx) that can be controlled by signals (PhX_mod_fb, PhX_mod, PhX) provided by a digital bus. The configurable analog circuit block 1940 may include various analog circuit blocks including one or more comparators and one or more programmable capacitors (and/or IDACs). One or more outputs (Vout) of the comparators can be provided to the digital bus system 1944. Programmable capacities can be programmed by cap codes via the 1944 digital bus system.

Konfigurierbare digitale Blöcke 1946 können digitale Schaltungen umfassen, die durch digitale Konfigurationsdaten 1954 zu verschiedenen arithmetischen Logikfunktionen konfigurierbar sind. Solche verschiedenen arithmetischen Logikfunktionen können Rückkopplungslogik 1914, digitale Sequenzer 1915 und FFs 1910, wie hier beschrieben, umfassen. Konfigurierbare digitale Blöcke 1946 können auch eine Kondensatorsteuerung 1950 umfassen, die Kapazitätscodes für programmierbare Kapazitäten in dem konfigurierbaren analogen Schaltungsblock 1940 speichern und bereitstellen kann.Configurable digital blocks 1946 may include digital circuitry configurable by digital configuration data 1954 to various arithmetic logic functions. Such various arithmetic logic functions may include feedback logic 1914, digital sequencers 1915, and FFs 1910 as described herein. Configurable digital blocks 1946 can also include a capacitor controller 1950 that can store and provide capacitance codes for programmable capacitances in the configurable analog circuit block 1940.

Analoge Konfigurationsdaten 1952 und digitale Konfigurationsdaten 1954 können die Vorrichtung 1932 zu einer induktiven Abtastvorrichtung konfigurieren, indem die verschiedenen Schaltungskomponenten gemäß irgendeiner der hierin offenbarten Ausführungsformen oder Äquivalenten davon miteinander gekoppelt werden.Analog configuration data 1952 and digital configuration data 1954 can configure device 1932 into an inductive sensing device by coupling together the various circuit components according to any of the embodiments disclosed herein or equivalents thereof.

In einigen Ausführungsformen kann ein System 1930 die Induktivität von mehreren Sensorzellen 1916A/B abtasten. Wenn ein solches Abtasten nicht simultan ist, können Abtastschaltungen gemeinsam genutzt werden. Beispielsweise können unterschiedliche Sätze von analogen Schaltern als Rücklaufteilabschnitte konfiguriert und an jede Sensorzelle 1916A/B gekoppelt werden. Ein Satz von Analogschaltern kann jedoch zu einem Ausgleichsteilabschnitt konfiguriert werden, der eine programmierbare Kapazität nutzt. Die programmierbare Kapazität kann durch Kondensatorcodes auf verschiedene Werte eingestellt werden, um mit jeder Sensorzelle 1916A/B abzutasten. Eine Reihe von analogen Schaltern kann auf ähnliche Weise zu einem Kompensationsteilabschnitt konfiguriert werden.In some embodiments, a system 1930 can sample the inductance of multiple sensor cells 1916A/B. If such sampling is not simultaneous, sampling circuits can be shared. For example, different sets of analog switches can be configured as retrace sections and coupled to each sensor cell 1916A/B. However, a set of analog switches can be configured into a balancing section that uses programmable capacitance. The programmable capacitance can be set to different values by capacitor codes to sample with each sensor cell 1916A/B. A series of analog switches can be similarly configured into a compensation section.

20 ist ein Diagramm eines Systems 2030 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Ein System 2030 kann einen induktiven Sensor 2016 und eine IC-Vorrichtung 2032, die auf einer Leiterplatte 2034 ausgebildet sind, umfassen. Die IC-Vorrichtung 2032 kann eine induktive Abtastvorrichtung 2000 gemäß irgendeiner der hierin gezeigten Ausführungsformen oder ein Äquivalent umfassen. 20 10 is a diagram of a system 2030 according to another embodiment. A system 2030 may include an inductive sensor 2016 and an IC device 2032 formed on a circuit board 2034 . The IC device 2032 may include an inductive sensing device 2000 according to any of the embodiments shown herein or an equivalent.

In einigen Ausführungsformen kann der induktive Sensor 2016 mit Leiterplattenleiterbahnen ausgebildet sein. Der induktive Sensor 2016 kann über die Leiterplattenleiterbahnen 2036A, 2036B und 2036C an die IC-Vorrichtung 2032 gekoppelt sein. Die Leiterplattenleiterbahn 2036C kann einen Widerstand Rext umfassen. In einigen Ausführungsformen können die Leiterplattenleiterbahnen 2036A, 2036B und 2036C eine Dreipunktverbindung mit der Abtastvorrichtung 2000, wie in 3 gezeigt, bilden. In einigen Ausführungsformen können mehrere induktive Sensoren 2016 auf der Leiterplatte 2034 ausgebildet und an die Abtastvorrichtung 2000 gekoppelt sein.In some embodiments, the inductive sensor 2016 may be formed with circuit board traces. Inductive sensor 2016 may be coupled to IC device 2032 via circuit board traces 2036A, 2036B, and 2036C. The circuit board trace 2036C may include a resistor Rext. In some embodiments, circuit board traces 2036A, 2036B, and 2036C may have a three-point connection to scanner 2000, as shown in FIG 3 shown form. In some embodiments, multiple inductive sensors 2016 may be formed on circuit board 2034 and coupled to sensing device 2000 .

Während die verschiedenen Vorrichtungen und Systeme eine Anzahl von induktiven Abtastverfahren offenbart haben, werden nun weitere Verfahren unter Bezugnahme auf eine Anzahl von Ablaufdiagrammen beschrieben.While the various devices and systems have disclosed a number of inductive sensing methods, other methods will now be described with reference to a number of flow charts.

21 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 2140 gemäß einer Ausführungsform. Ein Verfahren 2140 kann das Erregen einer Sensorinduktivität umfassen, 2140-0. Eine solche Aktion kann das Koppeln von Klemmen eines induktiven Sensors über ein Potenzial durch den Betrieb einer integrierten Schaltung umfassen. Eine Sensorinduktivität kann gekoppelt werden, um einen Rücklaufstrom an einem kapazitiven Modulatorknoten zu erzeugen, 2140-2. Eine solche Aktion kann das Koppeln einer Klemme an den Modulatorknoten und der anderen Klemme an eine Spannung, die den Rücklaufstrom induzieren kann, umfassen. In einigen Ausführungsformen kann ein Rücklaufstrom einen Modulatorknoten aufladen. In einigen Ausführungsformen kann ein Rücklaufstrom einen Modulatorknoten entladen. Ein Verfahren 2140 kann eine Spannung an dem Modulatorknoten sigma-delta-modulieren, 2140-4. Eine solche Aktion kann die Quantisierung einer Modulatorspannung am Modulatorknoten über die Zeit umfassen, um einen Bitstream zu erzeugen, der eine Sensorinduktivität angibt. In einigen Ausführungsformen kann eine solche Quantisierung durch den Betrieb eines Komparators erfolgen. Die Ausführungsformen sollten jedoch nicht als auf eine Ein-Bit-Quantisierung beschränkt angesehen werden. 21 2140 is a flow diagram of a method according to one embodiment. A method 2140 may include exciting a sensor inductance 2140-0. One such action can be pairing of terminals of an inductive sensor via a potential through the operation of an integrated circuit. A sensor inductance may be coupled to generate a flyback current at a capacitive modulator node 2140-2. Such an action may include coupling one terminal to the modulator node and the other terminal to a voltage that may induce the flyback current. In some embodiments, a flyback current may charge a modulator node. In some embodiments, a flyback current may discharge a modulator node. A method 2140 may sigma-delta modulate 2140-4 a voltage at the modulator node. Such an action may include quantizing a modulator voltage at the modulator node over time to generate a bitstream indicative of sensor inductance. In some embodiments, such quantization can be done through the operation of a comparator. However, the embodiments should not be considered limited to one-bit quantization.

22 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 2240 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Ein Verfahren 2240 kann das Koppeln eines ersten Knotens einer Sensorinduktivität an eine Erregerspannung umfassen, 2240-0. Eine solche Aktion kann das Koppeln eines ersten Knotens einer Sensorinduktivität an eine Spannung umfassen, während der andere Knoten an eine andere Spannung gekoppelt ist. Die Kopplung eines ersten Knotens an die Erregerspannung kann statisch oder dynamisch sein. Nachdem die Sensorinduktivität erregt ist, kann ein zweiter Knoten der Sensorinduktivität an eine Modulatorkapazität gekoppelt werden, um eine Modulatorspannung mit einem Rücklaufstrom zu erzeugen, 2240-2. 22 FIG. 2240 is a flow chart of a method according to another embodiment. A method 2240 may include coupling a first node of a sensor inductance to an excitation voltage 2240-0. Such an action may include coupling a first node of a sensor inductor to one voltage while the other node is coupled to a different voltage. The coupling of a first node to the excitation voltage can be static or dynamic. After the sensor inductance is excited, a second node of the sensor inductance can be coupled to a modulator capacitance to generate a modulator voltage with a flyback current, 2240-2.

Ein Verfahren 2240 kann auch die Erzeugung eines Ausgleichsstroms, im Gegensatz zu dem Rücklaufstrom, an dem Modulatorknoten als Reaktion auf die Modulatorspannung umfassen, 2240-4. Eine solche Aktion kann die Erzeugung eines Ausgleichsstroms umfassen, der die Modulatorspannung während eines Sampling-Zeitraums reduziert, 2240-4. In einigen Ausführungsformen kann ein Ausgleichsstrom mit einem Schaltkondensatorbetrieb erzeugt werden. Ein Schaltkondensatorbetrieb kann das Aufladen eines Referenzkondensators mit einer Spannung an einem ersten Knoten und dann das Schalten der Spannung an dem ersten Knoten umfassen, während der zweite Knoten an die Modulatorkapazität gekoppelt ist. In einigen Ausführungsformen ist ein Referenzkondensator programmierbar, und der Ausgleichsstrom kann durch Einstellen des Referenzkondensators programmiert werden. Darüber hinaus oder alternativ kann ein Ausgleichsstrom durch ein Schaltkondensator-Timing variiert werden.A method 2240 may also include generating a transient current, as opposed to the flyback current, at the modulator node in response to the modulator voltage 2240-4. One such action may include generating a transient current that reduces the modulator voltage during a sampling period, 2240-4. In some embodiments, a transient current can be generated with switched capacitor operation. Switched capacitor operation may include charging a reference capacitor with a voltage at a first node and then switching the voltage at the first node while the second node is coupled to the modulator capacitance. In some embodiments, a reference capacitor is programmable and the transient current can be programmed by adjusting the reference capacitor. In addition or as an alternative, a compensating current can be varied by switched-capacitor timing.

Ein Verfahren 2240 kann die Erzeugung einer Impulsfolge (z. B. eines Bitstreams oder einer aus einer Quantisierung höherer Ordnung erzeugten Impulsfolge) aus der Modulatorspannung umfassen, 2240-6. In einigen Ausführungsformen kann eine solche Aktion das Anlegen der Modulatorspannung an einen Komparator und die Verriegelung eines Komparatorausgangs gemäß einem Taktsignal umfassen. In einigen Ausführungsformen kann der Ausgleichsstrom als Reaktion auf Schaltsignale erzeugt werden, die durch die Impulsfolge moduliert wurde.A method 2240 may include generating a pulse train (e.g., a bitstream or a pulse train generated from higher order quantization) from the modulator voltage 2240-6. In some embodiments, such an action may include applying the modulator voltage to a comparator and latching a comparator output according to a clock signal. In some embodiments, the transient current may be generated in response to switching signals modulated by the pulse train.

Digitale Codes können aus der Impulsfolge erzeugt werden, welche die Sensorinduktivität 2240-8 darstellen. In einigen Ausführungsformen kann eine solche Aktion die Aktivierung eines Zählers mit der Impulsfolge umfassen. In regelmäßigen Abständen können die Zählerwerte gesampelt und der Zähler zurückgesetzt werden. Die gespeicherten Zählerwerte können die Sensorinduktivität darstellen. Ausführungsformen können auch ein oder mehrere digitale Filter und Dezimierer erster oder höherer Ordnung umfassen.Digital codes can be generated from the pulse train representing the sensor inductance 2240-8. In some embodiments, such an action may include activating a counter with the pulse train. The counter values can be sampled and the counter reset at regular intervals. The stored counter values can represent the sensor inductance. Embodiments may also include one or more first or higher order digital filters and decimators.

23 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 2340 zur pseudodifferentiellen Induktivitätsabtastung gemäß einer Ausführungsform. Ein Verfahren 2340 kann die Kopplung einer Sensorinduktivität an eine Erregerspannung umfassen, 2340-0. Eine solche Kopplung kann statisch oder dynamisch sein. Nachdem die Sensorinduktivität erregt wurde, kann eine Sensorinduktivität an eine erste Modulatorkapazität gekoppelt werden, um einen ersten Rücklaufstrom an einer ersten Modulatorkapazität zu induzieren. Der Rücklaufstrom einer ersten Richtung kann eine erste Flussrichtung aufweisen. 23 FIG. 2340 is a flow diagram of a method 2340 for pseudo-differential inductance sensing, according to one embodiment. A method 2340 may include coupling a sensor inductance to an excitation voltage 2340-0. Such a coupling can be static or dynamic. After the sensor inductance is excited, a sensor inductance can be coupled to a first modulator capacitance to induce a first flyback current on a first modulator capacitance. The first direction return flow may have a first direction of flow.

Ein Verfahren 2340 kann die abermalige Kopplung einer Sensorinduktivität an eine Erregerspannung umfassen, 2340-4. Eine solche Kopplung kann statisch oder dynamisch sein. Eine solche Kopplung kann dieselbe oder eine andere sein als die in 2340-0 vorgenommene Kopplung. Eine Sensorinduktivität kann an eine zweite Modulatorkapazität gekoppelt werden, um einen zweiten Rücklaufstrom an einer zweiten Modulatorkapazität zu induzieren, 2340-6. Ein zweiter Rücklaufstrom kann in einer zur ersten Richtung entgegengesetzten Richtung fließen.A method 2340 may include recoupling a sensor inductance to an excitation voltage 2340-4. Such a coupling can be static or dynamic. Such pairing may be the same as or different from the pairing made in 2340-0. A sensor inductance may be coupled to a second modulator capacitance to induce a second flyback current across a second modulator capacitance, 2340-6. A second return current may flow in an opposite direction to the first direction.

Ein Verfahren 2340 kann die Erzeugung eines Bitstreams aus einer differentiellen Spannung, die sich über der ersten und zweiten Modulatorkapazität entwickelt hat, umfassen, 2340-8. Eine solche Aktion kann die Quantisierung der differentiellen Spannung über die Zeit gemäß einer der hierin offenbarten Ausführungsformen oder Äquivalenten umfassen.A method 2340 may include generating a bitstream from a differential voltage developed across the first and second modulator capacitances 2340-8. Such an action can include quantization of the differential voltage over time according to any of the embodiments disclosed herein or equivalents.

24 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 2440 zur pseudodifferentiellen Erfassung einer Sensorinduktivität gemäß einer weiteren Ausführungsform. Ein Verfahren 2440 kann die Kopplung einer Sensorinduktivität an eine Erregerspannung umfassen, 2440-0. Eine solche Aktion kann die Form irgendeiner der hierin offenbarten Aktionen oder Äquivalenten davon annehmen. Nachdem die Sensorinduktivität erregt wurde, können Knoten der Sensorinduktivität an die erste und zweite Modulatorkapazität gekoppelt werden, um einen ersten Rücklaufstrom zu induzieren, 2440-2. Eine solche Aktion kann die Kopplung eines Knotens der Sensorinduktivität an eine erste Modulatorkapazität und eines weiteren Knotens der Sensorinduktivität an eine zweite Modulatorkapazität umfassen. Ein daraus resultierender Rücklaufstrom kann eine erste Modulatorkapazität aufladen und eine zweite Modulatorkapazität entladen. 24 FIG. 2440 is a flow diagram of a method 2440 for pseudo-differential sensing of a sensor inductance according to another embodiment. A method 2440 may include coupling a sensor inductance to an excitation voltage 2440-0. Such action may take the form of any of the actions disclosed herein or the equivalent thereof. After the sensor inductance is excited, nodes of the sensor inductance may be coupled to the first and second modulator capacitances to induce a first flyback current 2440-2. Such action may include coupling one node of the sensor inductance to a first modulator capacitance and another node of the sensor inductance to a second modulator capacitance. A resulting return current can charge a first modulator capacitance and discharge a second modulator capacitance.

Ein Verfahren 2440 kann die Kopplung einer Sensorinduktivität an eine Erregerspannung umfassen, 2440-4. Eine solche Aktion kann mit der Aktion 2440-0 identisch sein oder sich von dieser unterscheiden. Nach der zweiten Erregung der Sensorinduktivität können Knoten der Sensorinduktivität an die erste und zweite Modulatorkapazität gekoppelt werden, um einen Rücklaufstrom einer zweiten Richtung zu induzieren, 2440-6. Eine solche Aktion kann die Kopplung von Knoten einer Sensorinduktivität an die erste und zweite Modulatorkapazität umfassen, um einen Rücklaufstrom zu erzeugen, der eine erste Modulatorkapazität entladen und eine zweite Modulatorkapazität aufladen kann.A method 2440 may include coupling a sensor inductance to an excitation voltage 2440-4. Such an action may be the same as or different from action 2440-0. After the second excitation of the sensor inductance, nodes of the sensor inductance may be coupled to the first and second modulator capacitances to induce a second direction flyback current 2440-6. Such action may include coupling nodes of a sensor inductance to the first and second modulator capacitances to generate a flyback current capable of discharging a first modulator capacitance and charging a second modulator capacitance.

Ein Verfahren 2440 kann die Erzeugung eines Bitstreams aus einer differentiellen Spannung, die sich über der ersten und zweiten Modulatorkapazität entwickelt hat, umfassen, 2340-8. Eine solche Aktion kann jegliche der hierin offenbarten Ausführungsformen (wie die unter Bezugnahme auf 1A beschrieben) oder Äquivalente umfassen.A method 2440 may include generating a bitstream from a differential voltage developed across the first and second modulator capacitances 2340-8. Such action may include any of the embodiments disclosed herein (such as those made with reference to 1A described) or equivalents.

Gemäß Ausführungsformen kann ein auf einem Rücklaufprinzip basierender Induktivität-zu-Code-Wandler unempfindlich gegenüber Taktfrequenzen, Stromquellen und Schwankungen der Versorgungs- und Referenzspannung sein. Eine solche Wandlerarchitektur kann flexibler sein als herkömmliche Ansätze, da sie die Anpassung von Abtastfrequenz, Auflösung und Empfindlichkeit über einen breiten Bereich der Sensorinduktivität ermöglicht.According to embodiments, an inductance-to-code converter based on a flyback principle may be insensitive to clock frequencies, current sources, and supply and reference voltage fluctuations. Such a converter architecture can be more flexible than traditional approaches, as it allows adjustment of sampling frequency, resolution, and sensitivity over a wide range of sensor inductance.

Ausführungsformen können induktive Abtastlösungen bereitstellen, bei denen Empfindlichkeit und Auflösung über einen weiten Bereich variiert werden können. In einigen Ausführungsformen kann dies die Verwendung von Ausgleichsströmen und/oder Referenzströmen umfassen, um einen Modulatorstrom zu maximieren, der für eine gegebene Sensorinduktivitätsvariation erzeugt wird.Embodiments can provide inductive sensing solutions where sensitivity and resolution can be varied over a wide range. In some embodiments, this may include using balance currents and/or reference currents to maximize a modulator current produced for a given sensor inductance variation.

Gemäß Ausführungsformen kann eine Induktivitätsabtastvorrichtung ein einfaches analoges Frontend für die Induktivitätsabtastung aufweisen, das nur analoge Schalter und einen Komparator verwendet. Gemäß Ausführungsformen können Induktivität-zu-Code-Umwandlungen relativ linear sein, im Gegensatz zu herkömmlichen Ansätzen, die eine umgekehrt quadratische Beziehung aufweisen.According to embodiments, an inductance sensing device may include a simple analog front end for inductance sensing using only analog switches and a comparator. According to embodiments, inductance-to-code conversions can be relatively linear, in contrast to conventional approaches that exhibit an inverse square relationship.

Gemäß Ausführungsformen kann ein einfacher Hardwaresatz (z. B. analoge Schalter) genutzt werden, um mehrere mögliche Abtastmodi (z. B. einendig, Kondensatorteiler, pseudodifferentiell) sowie Multi-Abtasten (d. h. Abtasten der Induktivität mehrerer Sensoren) zu implementieren.According to embodiments, a simple set of hardware (e.g., analog switches) can be used to implement multiple possible sampling modes (e.g., single-ended, capacitor divider, pseudo-differential) as well as multi-sampling (i.e., sampling the inductance of multiple sensors).

Gemäß Ausführungsformen kann eine Induktivitätssensor-Erregungsfrequenz bestimmt sein und kann durch einen Benutzer ausgewählt werden. Dies steht im Gegensatz zu herkömmlichen Ansätzen, bei denen eine Sensorinduktivität einen akzeptablen Bereich von Anregungsfrequenzen vorgeben kann. Ferner kann in einigen Ausführungsformen eine ausgewählte Induktivitätssensor-Erregungsfrequenz für andere Sensoren eines Systems verwendet werden, wie etwa für Kapazitätssensoren.According to embodiments, an inductance sensor excitation frequency may be determined and may be selected by a user. This is in contrast to traditional approaches where sensor inductance can dictate an acceptable range of excitation frequencies. Furthermore, in some embodiments, a selected inductance sensor excitation frequency may be used for other sensors of a system, such as capacitive sensors.

Gemäß Ausführungsformen kann ein Induktivitätssensorsystem ungeachtet irgendwelcher erwarteten Schwankungen der Versorgungsspannungspegel arbeiten. According to embodiments, an inductance sensor system can operate regardless of any expected variations in supply voltage levels.

Bei Ausführungsformen mit einer pseudodifferentiellen Konfiguration kann, wenn das interne Routing symmetrisch ausgeführt ist, im Wesentlichen jegliches Gleichtaktrauschen an den Komparatoreingängen unterdrückt werden.In embodiments with a pseudo-differential configuration, if the internal routing is done symmetrically, essentially all common mode noise at the comparator inputs can be rejected.

Ausführungsformen können eine einfache und genaue Kalibrierung bereitstellen. Wenn ein Referenzinduktivitätswert bekannt ist, kann ein durch das Abtastsystem erzeugter absoluter Wert zur Kalibrierung einer Umwandlungsübertragungsfunktion verwendet werden.Embodiments can provide easy and accurate calibration. If a reference inductance value is known, an absolute value generated by the sampling system can be used to calibrate a conversion transfer function.

Während Ausführungsformen die Erregung von Induktivität und die Erzeugung von Rücklaufströmen basierend auf einem gleichen Takt (z. B. Fmod) offenbaren, können alternative Ausführungsformen zur Optimierung der Leistung ein anderes Timing solcher Phasen einsetzen.While embodiments disclose inductor excitation and flyback current generation based on a same clock (e.g., Fmod), alternative embodiments may employ different timing of such phases to optimize performance.

Ausführungsformen können eine Induktorabtastung mit geringerer Leistungsaufnahme als herkömmliche Ansätze ermöglichen.Embodiments may enable inductor sensing with lower power consumption than conventional approaches.

Es sollte sich verstehen, dass in dieser Beschreibung die Bezugnahme auf „eine Ausführungsform“ durchwegs bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft, die im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ist. Es wird daher betont und sollte sich verstehen, dass zwei oder mehr Bezugnahmen auf „eine Ausführungsform“ oder „eine alternative Ausführungsform“ in verschiedenen Teilen dieser Beschreibung sich nicht notwendigerweise alle auf die gleiche Ausführungsform beziehen. Darüber hinaus können die bestimmten Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften in einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung in geeigneter Weise kombiniert werden.It should be understood that reference throughout this specification to "one embodiment" means that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with the embodiment is included in at least one embodiment of the present invention . It is therefore emphasized and should be understood that two or more references to "an embodiment" or "an alternative embodiment" in different parts of this specification are not necessarily all referring to the same embodiment. Furthermore, the particular feature, structure, or characteristic may be combined in any suitable manner in one or more embodiments of the invention.

Auch sollte es sich verstehen, dass in der vorstehenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung verschiedene Merkmale der Erfindung manchmal in einer einzigen Ausführungsform, Figur oder deren Beschreibung zusammengefasst sind, um die Offenbarung zu rationalisieren und das Verständnis eines oder mehrerer der verschiedenen erfinderischen Aspekte zu erleichtern. Dieses Verfahren der Offenbarung ist jedoch nicht dahingehend auszulegen, dass es die Absicht widerspiegelt, die Ansprüche könnten mehr Merkmale erfordern als in jedem Anspruch ausdrücklich angeführt werden. Vielmehr liegen die erfinderischen Aspekte in weniger als allen Merkmalen einer einzigen oben offenbarten Ausführungsform. Daher werden die auf die ausführliche Beschreibung folgenden Ansprüche hiermit ausdrücklich in diese ausführliche Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch für sich allein als eine separate Ausführungsform dieser Erfindung steht.Also, in the foregoing description of example embodiments of the invention, it should be understood that in order to streamline the disclosure and to facilitate an understanding of one or more of the various inventive aspects, various features of the invention are sometimes grouped together in a single embodiment, figure, or description thereof . However, this method of disclosure is not to be construed as reflecting an intention that the claims may require more features than are expressly recited in each claim. Rather, inventive aspects lie in less than all features of a single embodiment disclosed above. Thus, the claims that follow the Detailed Description are hereby expressly incorporated into this Detailed Description, with each claim standing on its own as a separate embodiment of this invention.

Claims (21)

Ein Verfahren, das Folgendes beinhaltet: in einer ersten Phase eines Abtastbetriebs, Steuern mindestens eines ersten Schalters, um eine Sensorinduktivität zu erregen; in einer zweiten Phase des Abtastbetriebs, die auf die erste Phase folgt, Steuern mindestens eines zweiten Schalters, um die Sensorinduktivität an eine erste Modulatorkapazität zu koppeln, um einen ersten Rücklaufstrom aus der Sensorinduktivität zu induzieren, wobei der erste Rücklaufstrom eine erste Modulatorspannung an der ersten Modulatorkapazität erzeugt, und als Reaktion auf die erste Modulatorspannung, Steuern mindestens eines dritten Schalters, um einen Ausgleichsstrom zu erzeugen, der in entgegengesetzter Richtung zu dem Rücklaufstrom an dem ersten Modulatorknoten fließt; Wiederholen der mindestens ersten und zweiten Phase, um eine erste Modulatorspannung an der ersten Modulatorkapazität zu erzeugen; und Umwandeln mindestens der ersten Modulatorspannung in einen digitalen Wert, der die Sensorinduktivität darstellt.A procedure that includes: in a first phase of a sensing operation, controlling at least a first switch to energize a sensor inductance; in a second phase of the scanning operation, which follows the first phase, Controlling at least a second switch to couple the sensor inductance to a first modulator capacitance to induce a first flyback current from the sensor inductance, the first flyback current producing a first modulator voltage across the first modulator capacitance, and in response to the first modulator voltage, controlling at least one third switch to generate a transient current flowing in the opposite direction to the flyback current at the first modulator node; repeating the at least first and second phases to generate a first modulator voltage across the first modulator capacitance; and converting at least the first modulator voltage to a digital value representing sensor inductance. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei: das Steuern mindestens des ersten Schalters das elektrische Koppeln einer ersten Klemme der Sensorinduktivität an eine erste Stromversorgung umfasst; und das Steuern mindestens des zweiten Schalters das Koppeln einer zweiten Klemme der Sensorinduktivität an die erste Modulatorkapazität umfasst.procedure according to claim 1 wherein: controlling at least the first switch comprises electrically coupling a first terminal of the sensor inductance to a first power supply; and controlling at least the second switch comprises coupling a second terminal of the sensor inductance to the first modulator capacitance. Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: in der zweiten Phase des Abtastbetriebs, Steuern mindestens eines vierten Schalters, um einen Kompensationsstrom an der ersten Modulatorkapazität zu erzeugen, der die entgegengesetzte Richtung zum Rücklaufstrom aufweist.procedure according to claim 1 , further comprising: in the second phase of the sampling operation, controlling at least a fourth switch to generate a compensation current on the first modulator capacitance that has the opposite direction to the flyback current. Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: in der ersten Phase eines Abtastbetriebs, elektrisches Koppeln einer ersten Klemme der Sensorinduktivität an einen ersten Versorgungsknoten mit mindestens dem ersten Schalter; in der zweiten Phase des Abtastbetriebs, elektrisches Koppeln einer zweiten Klemme der Sensorinduktivität an die erste Modulatorkapazität mit mindestens dem zweiten Schalter; in einer dritten Phase des Abtastbetriebs, die auf die zweite Phase folgt, elektrisches Koppeln der zweiten Klemme der Sensorinduktivität an den ersten Versorgungsknoten; in einer vierten Phase des Abtastbetriebs, die auf die dritte Phase folgt, elektrisches Koppeln der zweiten Klemme der Sensorinduktivität an eine zweite Modulatorkapazität, um einen zweiten Rücklaufstrom zu induzieren, wobei der zweite Rücklaufstrom eine zweite Modulatorspannung an der zweiten Modulatorkapazität erzeugt; und Wiederholen der mindestens ersten bis vierten Phase, um eine differentielle Spannung zwischen der ersten und zweiten Modulatorkapazität zu erzeugen; und Umwandeln der differentiellen Spannung in den digitalen Wert, der die Sensorinduktivität darstellt.procedure according to claim 1 , further comprising: in the first phase of a sensing operation, electrically coupling a first terminal of the sensor inductance to a first supply node with at least the first switch; in the second phase of the sensing operation, electrically coupling a second terminal of the sensor inductance to the first modulator capacitance with at least the second switch; in a third phase of the sensing operation subsequent to the second phase, electrically coupling the second terminal of the sensor inductance to the first supply node; in a fourth phase of the sensing operation subsequent to the third phase, electrically coupling the second terminal of the sensor inductance to a second modulator capacitance to induce a second flyback current, the second flyback current producing a second modulator voltage across the second modulator capacitance; and repeating the at least first through fourth phases to produce a differential voltage between the first and second modulator capacitances; and converting the differential voltage to the digital value representing the sensor inductance. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei: das Steuern mindestens des ersten Schalters das elektrische Koppeln einer zweiten Klemme der Sensorinduktivität an einen ersten Versorgungsknoten durch den ersten Schalter, während ein zweiter Knoten der Sensorinduktivität an eine Referenzspannung gekoppelt ist, umfasst; und das Steuern mindestens des zweiten Schalters das Koppeln der zweiten Klemme der Sensorinduktivität an die erste Modulatorkapazität umfasst.procedure according to claim 1 wherein: controlling at least the first switch comprises electrically coupling a second terminal of the sensor inductor to a first supply node through the first switch while a second node of the sensor inductor is coupled to a reference voltage; and controlling at least the second switch comprises coupling the second terminal of the sensor inductance to the first modulator capacitance. Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: in der ersten Phase eines Abtastbetriebs, dass eine erste Klemme der Sensorinduktivität an einen ersten Versorgungsknoten gekoppelt ist; in der zweiten Phase des Abtastbetriebs, elektrisches Koppeln einer zweiten Klemme der Sensorinduktivität an die erste Modulatorkapazität mit mindestens dem zweiten Schalter; in einer dritten Phase des Abtastbetriebs, die auf die zweite Phase folgt, Erregen der Sensorinduktivität ein zweites Mal; in einer vierten Phase des Abtastbetriebs, die auf die dritte Phase folgt, elektrisches Koppeln der zweiten Klemme der Sensorinduktivität an eine zweite Modulatorkapazität; Wiederholen der mindestens ersten bis vierten Phase, um eine differentielle Spannung zwischen der ersten und zweiten Modulatorkapazität zu erzeugen; und Umwandeln der differentiellen Spannung in den digitalen Wert, der die Sensorinduktivität darstellt.procedure according to claim 1 , further comprising: in the first phase of a sensing operation, a first terminal of the sensor inductance being coupled to a first supply node; in the second phase of the sensing operation, electrically coupling a second terminal of the sensor inductance to the first modulator capacitance with at least the second switch; in a third phase of the sensing operation following the second phase, exciting the sensor inductance a second time; in a fourth phase of the sensing operation subsequent to the third phase, electrically coupling the second terminal of the sensor inductance to a second modulator capacitance; repeating the at least first through fourth phases to create a differential voltage between the first and second modulator capacitances; and converting the differential voltage to the digital value representing the sensor inductance. Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: in der ersten Phase eines Abtastbetriebs, dass eine erste Klemme der Sensorinduktivität an einen ersten Versorgungsknoten gekoppelt ist; in der zweiten Phase des Abtastbetriebs, elektrisches Koppeln einer zweiten Klemme der Sensorinduktivität an die erste Modulatorkapazität mit mindestens dem zweiten Schalter, und elektrisches Koppeln der ersten Klemme der Sensorinduktivität an eine zweite Modulatorkapazität mit mindestens einem vierten Schalter; in einer dritten Phase des Abtastbetriebs, die auf die zweite Phase folgt, Erregen der Sensorinduktivität ein zweites Mal; in einer vierten Phase des Abtastbetriebs, die auf die dritte Phase folgt, elektrisches Koppeln der zweiten Klemme der Sensorinduktivität an die zweite Modulatorkapazität mit mindestens dem zweiten Schalter, und elektrisches Koppeln der ersten Klemme der Sensorinduktivität an die erste Modulatorkapazität mit mindestens dem vierten Schalter; Wiederholen der mindestens ersten bis vierten Phase, um eine differentielle Spannung zwischen der ersten und zweiten Modulatorkapazität zu erzeugen; und Umwandeln der differentiellen Spannung in den digitalen Wert, der die Sensorinduktivität darstelltprocedure according to claim 1 , further comprising: in the first phase of a sensing operation, a first terminal of the sensor inductance being coupled to a first supply node; in the second phase of the sensing operation, electrically coupling a second terminal of the sensor inductor to the first modulator capacitance with at least the second switch, and electrically coupling the first terminal of the sensor inductor to a second modulator capacitance with at least a fourth switch; in a third phase of the sensing operation following the second phase, exciting the sensor inductance a second time; in a fourth phase of the sensing operation subsequent to the third phase, electrically coupling the second terminal of the sensor inductor to the second modulator capacitance with at least the second switch, and electrically coupling the first terminal of the sensor inductor to the first modulator capacitance with at least the fourth switch; repeating the at least first through fourth phases to create a differential voltage between the first and second modulator capacitances; and converting the differential voltage to the digital value representing the sensor inductance Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: in der ersten Phase eines Abtastbetriebs, dass eine erste Klemme der Sensorinduktivität an einen ersten Versorgungsknoten gekoppelt ist; in der zweiten Phase des Abtastbetriebs, elektrisches Koppeln einer zweiten Klemme der Sensorinduktivität an die erste Modulatorkapazität mit mindestens dem zweiten Schalter, und elektrisches Koppeln der ersten Klemme der Sensorinduktivität an eine zweite Modulatorkapazität mit mindestens einem vierten Schalter; in einer dritten Phase des Abtastbetriebs, die auf die zweite Phase folgt, Erregen der Sensorinduktivität ein zweites Mal; in einer vierten Phase des Abtastbetriebs, die auf die dritte Phase folgt, elektrisches Koppeln der zweiten Klemme der Sensorinduktivität an die zweite Modulatorkapazität mit mindestens einem fünften Schalter, und elektrisches Koppeln der ersten Klemme der Sensorinduktivität an die erste Modulatorkapazität mit mindestens einem sechsten Schalter; Wiederholen der mindestens ersten bis vierten Phase, um eine differentielle Spannung zwischen der ersten und zweiten Modulatorkapazität zu erzeugen; und Umwandeln der differentiellen Spannung in den digitalen Wert, der die Sensorinduktivität darstellt.procedure according to claim 1 , further comprising: in the first phase of a sensing operation, a first terminal of the sensor inductance being coupled to a first supply node; in the second phase of the sensing operation, electrically coupling a second terminal of the sensor inductor to the first modulator capacitance with at least the second switch, and electrically coupling the first terminal of the sensor inductor to a second modulator capacitance with at least a fourth switch; in a third phase of the sensing operation following the second phase, exciting the sensor inductance a second time; in a fourth phase of the sampling operation following the third phase, electrically coupling the second terminal of the sensor inductance to the second modulator capacitance with min at least one fifth switch, and electrically coupling the first terminal of the sensor inductance to the first modulator capacitance with at least one sixth switch; repeating the at least first through fourth phases to create a differential voltage between the first and second modulator capacitances; and converting the differential voltage to the digital value representing the sensor inductance. Eine Vorrichtung, die Folgendes beinhaltet: eine Vielzahl von Ein-/Ausgängen (E/As), einschließlich mindestens eines ersten E/A, der zur Kopplung an eine erste Klemme eines induktiven Sensors konfiguriert ist, und eines zweiten E/A, der zur Kopplung an eine zweite Klemme eines induktiven Sensors konfiguriert ist; eine Vielzahl von Schaltern; eine Schaltersteuerungsschaltung, die konfiguriert ist zum, in einer ersten Phase eines Abtastbetriebs, Betreiben mindestens eines ersten Schalters, um eine Sensorinduktivität des ersten induktiven Sensors zu erregen, indem ein Strompfad zu der Sensorinduktivität aktiviert wird, in einer zweiten Phase des Abtastbetriebs, die auf die erste Phase folgt, Betreiben mindestens eines zweiten Schalters, um den zweiten E/A an einen ersten Modulatorknoten zu koppeln und einen ersten Rücklaufstrom aus der Sensorinduktivität zu induzieren, der mindestens eine erste Modulatorspannung an dem ersten Modulatorknoten erzeugt, und als Reaktion auf die erste Modulatorspannung, Betreiben mindestens eines dritten Schalters, um einen Ausgleichsstrom zu erzeugen, der von dem ersten Rücklaufstrom an dem ersten Modulatorknoten subtrahiert wird; und eine Analog-zu-Digital-Wandlungsschaltung (ADC-Schaltung), umfassend: eine Modulatorschaltung, die konfiguriert ist, um eine Folge von Impulsen als Reaktion auf mindestens die erste Modulatorspannung zu erzeugen, und einen Codierer, der konfiguriert ist, um die Folge von Impulsen in digitale Werte zu codieren, welche die Sensorinduktivität darstellen.A device that includes: a plurality of inputs/outputs (I/Os), including at least a first I/O configured for coupling to a first terminal of an inductive sensor and a second I/O configured for coupling to a second terminal of an inductive sensor is configured; various switches; a switch control circuit configured to: in a first phase of a sensing operation, operating at least a first switch to excite a sensor inductance of the first inductive sensor by activating a current path to the sensor inductance, in a second phase of the sensing operation subsequent to the first phase, operating at least a second a switch to couple the second I/O to a first modulator node and to induce a first flyback current from the sensor inductance producing at least a first modulator voltage at the first modulator node, and in response to the first modulator voltage, operating at least a third switch to generate a transient current that is subtracted from the first flyback current at the first modulator node; and an analog-to-digital conversion (ADC) circuit, comprising: a modulator circuit configured to generate a train of pulses in response to at least the first modulator voltage, and an encoder configured to encode the train of pulses into digital values representing sensor inductance. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei: die E/As, die Schalter, der erste Modulatorknoten, die ADC-Schaltung und die Schaltersteuerungsschaltung Teil derselben integrierten Schaltungsvorrichtung sind.Device according to claim 9 , wherein: the I/Os, the switches, the first modulator node, the ADC circuitry, and the switch control circuitry are part of the same integrated circuit device. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei: die Schaltersteuerungsschaltung konfiguriert ist zum, Anwenden eines Ausgleichskapazitätscodes, um eine programmierbare Ausgleichskapazität einzustellen; wobei der Ausgleichsstrom als Reaktion auf die programmierbare Ausgleichskapazität variiert.Device according to claim 9 wherein: the switch control circuit is configured to apply a balancing capacitance code to set a programmable balancing capacitance; wherein the transient current varies in response to the programmable transient capacitance. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, ferner umfassend: die Schaltersteuerungsschaltung, die konfiguriert ist zum, in einer dritten Phase des Abtastbetriebs, die auf die zweite Phase folgt, Betreiben mindestens eines vierten Schalters, um die Sensorinduktivität ein zweites Mal zu erregen, in einer vierten Phase des Abtastbetriebs, die auf die dritte Phase folgt, Betreiben mindestens eines fünften Schalters, um den zweiten E/A an einen zweiten Modulatorknoten zu koppeln, um einen zweiten Rücklaufstrom an dem zweiten Modulatorknoten zu erzeugen, wobei der zweite Rücklaufstrom in einer anderen Richtung fließt als der erste Rücklaufstrom; und den Modulator, der konfiguriert ist, um die Folge von Impulsen als Reaktion auf eine differentielle Spannung zwischen dem ersten Modulatorknoten und dem zweiten Modulatorknoten zu erzeugen.Device according to claim 9 , further comprising: the switch control circuit configured to, in a third phase of the sensing operation subsequent to the second phase, operate at least a fourth switch to energize the sensor inductance a second time in a fourth phase of the sensing operation subsequent to the third phase follows, operating at least a fifth switch to couple the second I/O to a second modulator node to generate a second retrace current at the second modulator node, the second retrace current flowing in a different direction than the first retrace current; and the modulator configured to generate the train of pulses in response to a differential voltage between the first modulator node and the second modulator node. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, ferner umfassend: die Schaltersteuerungsschaltung, die konfiguriert ist zum, in der zweiten Phase des Abtastbetriebs, Betreiben mindestens eines vierten Schalters, um den ersten E/A an einen zweiten Modulatorknoten zu koppeln, wobei der erste Rücklaufstrom zu dem ersten Modulatorknoten und von dem zweiten Modulatorknoten fließt, in einer dritten Phase des Abtastbetriebs, die auf die zweite Phase folgt, Betreiben mindestens eines fünften Schalters, um die Sensorinduktivität ein zweites Mal zu erregen, in einer vierten Phase des Abtastbetriebs, die auf die dritte Phase folgt, Betreiben mindestens eines sechsten Schalters, um den zweiten E/A an den zweiten Modulatorknoten zu koppeln, und Betreiben mindestens eines siebten Schalters, um den ersten E/A an den ersten Modulatorknoten zu koppeln, und den Modulator, der konfiguriert ist, um die Folge von Impulsen als Reaktion auf eine differentielle Spannung zwischen dem ersten Modulatorknoten und dem zweiten Modulatorknoten zu erzeugen.Device according to claim 9 , further comprising: the switch control circuit configured to, in the second phase of the sampling operation, operate at least a fourth switch to couple the first I/O to a second modulator node, the first flyback current to the first modulator node and from the second modulator node flows, in a third phase of the sensing operation following the second phase, operating at least a fifth switch to excite the sensor inductance a second time, in a fourth phase of the sensing operation following the third phase, operating at least a sixth switches to couple the second I/O to the second modulator node, and operating at least a seventh switch to couple the first I/O to the first modulator node, and the modulator configured to generate the train of pulses in response to a differential voltage between the first modulator node and the second modulator node. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei: die Schaltersteuerungsschaltung konfiguriert ist zum, in der zweiten Phase des Abtastbetriebs, Betreiben mindestens eines vierten Schalters, um einen Referenzstrom zu erzeugen, der von dem ersten Rücklaufstrom an dem ersten Modulatorknoten subtrahiert wird, wobei der Referenzstrom unabhängig von der ersten Modulatorspannung ist.Device according to claim 9 , wherein: the switch control circuit is configured to, in the second phase of the sampling operation, operate at least a fourth switch to generate a reference current that is subtracted from the first flyback current at the first modulator node, the reference current being independent of the first modulator voltage. Vorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei: die Steuerungsschaltung konfiguriert ist zum Anwenden eines Referenzkapazitätscodes, um eine programmierbare Referenzkapazität einzustellen; wobei der Referenzstrom als Reaktion auf die programmierbare Referenzkapazität variiert.Device according to Claim 14 , wherein: the control circuit is configured to apply a reference capacitance code to set a programmable reference capacitance; wherein the reference current varies in response to the programmable reference capacitance. Ein System, das Folgendes beinhaltet: einen Sensor, der eine Sensorinduktivität, eine erste Klemme und eine zweite Klemme aufweist; eine induktive Abtastvorrichtung, die Folgendes umfasst: eine Vielzahl von Ein-/Ausgängen (E/As) einschließlich eines ersten E/A, der an die erste Klemme gekoppelt ist, und eines zweiten E/A, der an die zweite Klemme gekoppelt ist, eine Vielzahl von Schaltern, eine Schaltersteuerungsschaltung, die konfiguriert ist zum, in einer ersten Phase eines Abtastbetriebs, Betreiben mindestens eines ersten Schalters, um die Sensorinduktivität zu erregen, und in einer zweiten Phase des Abtastbetriebs, die auf die erste Phase folgt, Betreiben mindestens eines zweiten Schalters, um den zweiten E/A an einen ersten Modulatorknoten zu koppeln, um einen ersten Rücklaufstrom aus der Sensorinduktivität zu induzieren, der eine erste Modulatorspannung auf dem ersten Modulatorknoten erzeugt; eine Analog-zu-Digital-Wandlungsschaltung (ADC-Schaltung), umfassend: einen Modulator, der konfiguriert ist, um eine Folge von Impulsen in Reaktion auf mindestens die erste Modulatorspannung zu erzeugen, und einen Codierer, der konfiguriert ist, um die Folge von Impulsen in digitale Werte zu codieren, welche die Sensorinduktivität darstellen.A system that includes: a sensor having a sensor inductance, a first terminal and a second terminal; an inductive scanning device comprising: a plurality of inputs/outputs (I/Os) including a first I/O coupled to the first terminal and a second I/O coupled to the second terminal, a variety of switches, a switch control circuit configured to, in a first phase of a sensing operation, operate at least a first switch to excite the sensor inductance and in a second phase of the sensing operation subsequent to the first phase, operate at least a second switch to couple a second I/O to a first modulator node to induce a first flyback current from the sensor inductance that generates a first modulator voltage on the first modulator node; an analog-to-digital conversion (ADC) circuit, comprising: a modulator configured to generate a train of pulses in response to at least the first modulator voltage, and an encoder configured to encode the train of pulses into digital values representing sensor inductance. System gemäß Anspruch 16, wobei: die Schaltersteuerungsschaltung konfiguriert ist zum, in der ersten Phase eines Abtastbetriebs, Koppeln des ersten E/A an einen ersten Versorgungsknoten mit mindestens dem ersten Schalter, und Koppeln des zweiten E/A an einen zweiten Versorgungsknoten mit mindestens einem dritten Schalter; wobei der erste Versorgungsknoten aus der Gruppe ausgewählt wird, die besteht aus: einem Hochleistungsversorgungsknoten und einem Referenzversorgungsknoten mit einer Spannung, die zwischen der des Hoch- und des Niedrigleistungsversorgungsknotens liegt.system according to Claim 16 wherein: the switch control circuit is configured to, in the first phase of a sampling operation, couple the first I/O to a first supply node with at least the first switch, and couple the second I/O to a second supply node with at least a third switch; wherein the first supply node is selected from the group consisting of: a high power supply node and a reference supply node having a voltage intermediate between the high and low power supply nodes. System gemäß Anspruch 16, wobei: die induktive Abtastvorrichtung Folgendes umfasst: die Schaltersteuerungsschaltung, die konfiguriert ist zum, in einer dritten Phase des Abtastbetriebs, die auf die zweite Phase folgt, Betreiben mindestens eines dritten Schalters, um die Sensorinduktivität ein zweites Mal zu erregen, und in einer vierten Phase des Abtastbetriebs, die auf die dritte Phase folgt, Betreiben mindestens eines vierten Schalters, um den zweiten E/A an einen zweiten Modulatorknoten zu koppeln, um einen zweiten Rücklaufstrom aus der Sensorinduktivität zu induzieren, der eine zweite Modulatorspannung auf dem zweiten Modulatorknoten erzeugt, wobei der zweite Rücklaufstrom einen Stromfluss aufweist, der dem des ersten Rücklaufstroms in Bezug auf die Sensorinduktivität entgegengesetzt ist; und den Modulator, der konfiguriert ist, um die Folge von Impulsen als Reaktion auf eine differentielle Spannung zwischen dem ersten und zweiten Modulatorknoten zu erzeugen.system according to Claim 16 wherein: the inductive sensing device comprises: the switch control circuit configured to, in a third phase of the sensing operation subsequent to the second phase, operate at least a third switch to excite the sensor inductance a second time and in a fourth phase of the sensing operation following the third phase, operating at least a fourth switch to couple the second I/O to a second modulator node to induce a second flyback current from the sensor inductor that produces a second modulator voltage on the second modulator node, wherein the second flyback current has a current flow opposite to that of the first flyback current with respect to the sensor inductance; and the modulator configured to generate the train of pulses in response to a differential voltage between the first and second modulator nodes. System gemäß Anspruch 16, wobei: die induktive Abtastvorrichtung Folgendes umfasst: die Steuerungsschaltung, die konfiguriert ist zum, in der zweiten Phase des Abtastbetriebs, Betreiben mindestens eines dritten Schalters, um den ersten E/A an einen zweiten Modulatorknoten zu koppeln, wobei der erste Rücklaufstrom von dem zweiten Modulatorknoten und zu dem ersten Modulatorknoten fließt, in einer dritten Phase des Abtastbetriebs, die auf die zweite Phase folgt, Betreiben mindestens eines vierten Schalters, um die Sensorinduktivität ein zweites Mal zu erregen, und in einer vierten Phase des Abtastbetriebs, die auf die dritte Phase folgt, Betreiben mindestens eines fünften Schalters, um den zweiten E/A an den zweiten Modulatorknoten zu koppeln, und Betreiben mindestens eines sechsten Schalters, um den ersten E/A an den ersten Modulatorknoten zu koppeln, um einen zweiten Rücklaufstrom aus der Sensorinduktivität zu induzieren, der einen Stromfluss aufweist, der dem des ersten Rücklaufstroms entgegengesetzt ist; und den Modulator, der konfiguriert ist, um die Folge von Impulsen als Reaktion auf eine differentielle Spannung zwischen dem ersten und zweiten Modulatorknoten zu erzeugen.system according to Claim 16 , wherein: the inductive sampling device comprises: the control circuit configured to, in the second phase of the sampling operation, operate at least a third switch to couple the first I/O to a second modulator node, wherein the first flyback current from the second modulator node and flowing to the first modulator node, in a third phase of the sensing operation subsequent to the second phase, operating at least a fourth switch to energize the sensor inductance a second time and in a fourth phase of the sensing operation subsequent to the third phase follows, operating at least a fifth switch to couple the second I/O to the second modulator node, and operating at least a sixth switch to couple the first I/O to the first modulator node to induce a second flyback current from the sensor inductance having a current flow opposite to that of the first flyback current; and the modulator configured to generate the train of pulses in response to a differential voltage between the first and second modulator nodes. System gemäß Anspruch 16, wobei: die Steuerungsschaltung konfiguriert ist zum, in der zweiten Phase des Abtastbetriebs, als Reaktion auf mindestens die erste Modulatorspannung, Betreiben mindestens eines dritten Schalters, um einen Ausgleichsstrom zu erzeugen, wobei der Ausgleichsstrom von dem ersten Rücklaufstrom an dem ersten Modulatorknoten subtrahiert wird.system according to Claim 16 , wherein: the control circuit is configured to, in the second phase of the sampling operation, in response to at least the first modulator voltage, operate at least a third switch to generate a transient current, wherein the transient current is subtracted from the first flyback current at the first modulator node. System gemäß Anspruch 16, ferner umfassend: eine Leiterplatte, die Leiterplattenleiterbahnen umfasst, die Folgendes umfassen: einen ersten leitenden Pfad zwischen der ersten Klemme und dem ersten E/A, einen zweiten leitenden Pfad zwischen der zweiten Klemme und dem zweiten E/A, und einen dritten leitenden Pfad zwischen der zweiten Klemme und dem zweiten E/A, wobei der dritte leitende Pfad einen größeren Widerstand als der zweite leitende Pfad aufweist.system according to Claim 16 , further comprising: a circuit board comprising circuit board traces comprising: a first conductive path between the first terminal and the first I/O, a second conductive path between the second terminal and the second I/O, and a third conductive path between the second terminal and the second I/O, the third conductive path having a greater resistance than the second conductive path.
DE102021132516.1A 2020-12-17 2021-12-09 METHODS, DEVICES AND SYSTEMS FOR INDUCTIVE SCANNING Pending DE102021132516A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/125,808 US11561249B2 (en) 2020-12-17 2020-12-17 Inductive sensing methods, devices and systems
US17/125,808 2020-12-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021132516A1 true DE102021132516A1 (en) 2022-06-23

Family

ID=81846828

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021132516.1A Pending DE102021132516A1 (en) 2020-12-17 2021-12-09 METHODS, DEVICES AND SYSTEMS FOR INDUCTIVE SCANNING

Country Status (4)

Country Link
US (2) US11561249B2 (en)
JP (1) JP2022096642A (en)
CN (1) CN114650047A (en)
DE (1) DE102021132516A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230155471A1 (en) * 2021-11-16 2023-05-18 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Methods and Systems for Current Sensing in Power Converters
CN115201576A (en) * 2022-07-13 2022-10-18 王元西 Novel method and system for detecting equivalent inductance with high precision

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6307356B1 (en) * 1998-06-18 2001-10-23 Linear Technology Corporation Voltage mode feedback burst mode circuit
KR101324806B1 (en) * 2007-07-06 2013-11-01 어드밴스드 아날로직 테크놀로지스 인코퍼레이티드 Boost and up-down switching regulator with synchronous freewheeling mosfet
US20110149608A1 (en) 2008-08-21 2011-06-23 Nxp B.V. Electrical power converters and methods of operation
EP3092708B1 (en) * 2014-01-07 2018-09-12 Chaoyang Semiconductor Jiangyin Technology Co., Ltd. A switched power stage and a method for controlling the latter
US9419627B2 (en) * 2014-05-08 2016-08-16 Intersil Americas LLC Current synthesizer correction
US9887624B2 (en) 2014-08-04 2018-02-06 Infineon Technologies Austria Ag System and method for a switching converter
US9762132B2 (en) 2014-10-28 2017-09-12 Advanced Charging Technologies, LLC Electrical circuit for delivering power to consumer electronic devices
US10033272B2 (en) * 2015-03-12 2018-07-24 Qualcomm Incorporated Switching loss correction circuitry and method
US10193442B2 (en) * 2016-02-09 2019-01-29 Faraday Semi, LLC Chip embedded power converters
US10536068B2 (en) 2016-06-26 2020-01-14 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Hybrid feedforward control architecture and related techniques
CN106487234B (en) 2016-11-21 2019-03-08 盐城工学院 The output power control method of the flyback converter of electric current blend modes of operation
US9853548B1 (en) * 2017-02-06 2017-12-26 Alpha And Omega Semiconductor Incorporated Accurate high-side current emulation with auto-conversion for smart power stage applications
GB2562790B (en) 2017-05-22 2021-12-29 Tridonic Gmbh & Co Kg Emergency lighting converter
CN107681895A (en) 2017-09-07 2018-02-09 国网北京市电力公司 Combined type booster converter and its parameter determination method
US10644659B2 (en) 2018-08-24 2020-05-05 Allegro Microsystems, Llc Voltage buffer for input voltages above a supply voltage or below ground voltage
CN111585440B (en) 2019-02-18 2022-06-17 东南大学 Control system and method of active clamp flyback converter
CN110289755B (en) 2019-06-26 2021-04-06 南京理工大学 DCM Buck-Flyback PFC converter with high power factor
US10784789B1 (en) 2019-10-02 2020-09-22 Semiconductor Components Industries, Llc Switched mode power supply with multi-mode operation and method therefor
CN111555625A (en) 2020-04-30 2020-08-18 南京理工大学 Online monitoring device and method for output capacitor and secondary inductor of DCM flyback converter

Also Published As

Publication number Publication date
US11561249B2 (en) 2023-01-24
US20220196437A1 (en) 2022-06-23
US11879919B2 (en) 2024-01-23
CN114650047A (en) 2022-06-21
JP2022096642A (en) 2022-06-29
US20230204644A1 (en) 2023-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102021132516A1 (en) METHODS, DEVICES AND SYSTEMS FOR INDUCTIVE SCANNING
DE10156027B4 (en) Adjustable filter circuit
DE102014102860B4 (en) System and method for a power supply
EP2936201B1 (en) Device for determining a property of a transmission channel between a transmitter and a receiver
EP0457749B1 (en) High-accuracy charge-balance analog-digital converter
DE102004039161A1 (en) Folding analog-to-digital converter that can be calibrated, and methods for doing so
DE102021122018A1 (en) MULTIPLE-ACQUISITION RATIOMETRIC TRANSDUCER
DE102015101411B4 (en) Improved analog-to-digital converter and method of operating an analog-to-digital converter
DE102016117464B4 (en) Analog-digital conversion with analog filtering
DE60102549T2 (en) Low power circuit with rise time control
DE3024936C2 (en) AC voltage amplifier in the form of an integrated circuit
DE19642472A1 (en) Current sensor based on compensation principle
DE10229868A1 (en) Low power portable test instrument has differential processing
DE102021116198A1 (en) DRIVER CIRCUIT FOR A LOCAL CONNECTING NETWORK (LIN)
DE112021003387T5 (en) OSCILLATOR CIRCUIT, DEVICE AND METHOD FOR GENERATION OF AN OSCILLATOR SIGNAL
EP0445267A1 (en) Device for processing sensor signals.
WO1991009278A1 (en) Arrangement for processing sensor signals
DE19922127A1 (en) Integrated circuit with an A / D or D / A converter with electrical isolation
DE102004005081B4 (en) Pipeline analog / digital converter
DE69531752T2 (en) Voltage frequency converter
EP0356438A1 (en) Process and arrangement for evaluating a measurable analog electronic quantity.
DE3024014C2 (en) AC / DC voltage converter in the form of an integrated circuit
DE102008062607A1 (en) Power cell circuit in a digital-to-analog converter
DE102014204518A1 (en) Circuitry, analog-to-digital converter, gradient amplifier and method for suppressing offset, offset drift and 1 / f noise of one of the analog-to-digital conversion
DE102015110450B4 (en) Sensor systems with multi-mode analog-digital conversion